Metody optyczne w medycynie

Podobne dokumenty
Metody optyczne w medycynie

Źródła światła: Lampy (termiczne) na ogół wymagają filtrów. Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3 1/18

Popularne współczesne źródła światła dla medycyny

Popularne współczesne źródła światła dla medycyny

Techniki analityczne. Podział technik analitycznych. Metody spektroskopowe. Spektroskopia elektronowa

Podsumowanie W9. Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 12 1

Podsumowanie W11. Nierównowagowe rozkłady populacji pompowanie optyczne (zachowanie krętu atom-pole EM)

WYBRANE TECHNIKI SPEKTROSKOPII LASEROWEJ ROZDZIELCZEJ W CZASIE prof. Halina Abramczyk Laboratory of Laser Molecular Spectroscopy

Niezwykłe światło. ultrakrótkie impulsy laserowe. Piotr Fita

Ćwiczenie 1. Zagadnienia: spektroskopia absorpcyjna, prawa absorpcji, budowa i działanie. Wstęp. Część teoretyczna.

Ponadto, jeśli fala charakteryzuje się sferycznym czołem falowym, powyższy wzór można zapisać w następujący sposób:

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Spektroskopia ramanowska w badaniach powierzchni

2. Metody, których podstawą są widma atomowe 32

Ćwiczenie 31. Zagadnienia: spektroskopia absorpcyjna, prawa absorpcji, budowa i działanie. Wstęp

Technika laserowa, otrzymywanie krótkich impulsów Praca impulsowa

SKUTECZNOŚĆ IZOLACJI JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

1.3. Poziom ekspozycji na promieniowanie nielaserowe wyznacza się zgodnie z wzorami przedstawionymi w tabeli 1, przy uwzględnieniu:

Badanie dynamiki rekombinacji ekscytonów w zawiesinach półprzewodnikowych kropek kwantowych PbS

Metody spektroskopowe:

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych

VII Wybrane zastosowania. Bernard Ziętek

ZASTOSOWANIE LASERÓW W OCHRONIE ŚRODOWISKA

Ćwiczenie 30. Zagadnienia: spektroskopia absorpcyjna w zakresie UV-VIS, prawa absorpcji, budowa i. Wstęp

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Penetracja tkanki przez światło różnych laserów (głębokość po jakiej natężenie wiązki spada e-krotnie w typowej tkance miękkiej): Er:YAG.

Własności optyczne półprzewodników

Źródła promieniowania optycznego problemy bezpieczeństwa pracy. Lab. Fiz. II

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie z właściwościami optycznymi tkanek i wybranych chromoforów.

METODYKA POMIARÓW WIDM FLUORESCENCJI (WF) NA MPF-3 (PERKIN-HITACHI)

LASERY NA CIELE STAŁYM BERNARD ZIĘTEK

Instrukcja dla użytkownika Ver

n n 1 2 = exp( ε ε ) 1 / kt = exp( hν / kt) (23) 2 to wzór (22) przejdzie w następującą równość: ρ (ν) = B B A / B 2 1 hν exp( ) 1 kt (24)

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Zakresy promieniowania. Światło o widzialne. długość fali, λ. podczerwień. ultrafiolet. Wektor pola elektrycznego. Wektor pola magnetycznego TV AM/FM

EKSTRAHOWANIE KWASÓW NUKLEINOWYCH JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Fizykochemiczne metody w kryminalistyce. Wykład 7

Mechanizm działania terapii fotodynamicznej w diagnozowaniu i leczeniu nowotworów. Anna Szczypka Aleksandra Tyrawska

w obszarze linii Podziały z różnych punktów widzenia lasery oscylatory (OPO optical parametric oscillator)

Optyczna spektroskopia oscylacyjna. w badaniach powierzchni

PRODUKTY CHEMICZNE Ćwiczenie nr 3 Oznaczanie zawartości oksygenatów w paliwach metodą FTIR

Pomiary widm fotoluminescencji

Światłolecznictwo. Światłolecznictwo

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

Repeta z wykładu nr 11. Detekcja światła. Fluorescencja. Eksperyment optyczny. Sebastian Maćkowski

Podczerwień bliska: cm -1 (0,7-2,5 µm) Podczerwień właściwa: cm -1 (2,5-14,3 µm) Podczerwień daleka: cm -1 (14,3-50 µm)

Podsumowanie ostatniego wykładu

METODY SPEKTRALNE. dr hab. Włodzimierz Gałęzowski Wydział Chemii UAM Zakład Chemii Ogólnej (61)

OptonPro. Laser o wysokiej mocy do 7000 mw. Laseroterapia - naturalne uzdrawianie mocą światła

Współczesne metody badań instrumentalnych

Własności światła laserowego

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

Spektroskopia molekularna. Ćwiczenie nr 1. Widma absorpcyjne błękitu tymolowego

Spektrometria w bliskiej podczerwieni - zastosowanie w cukrownictwie. Radosław Gruska Politechnika Łódzka Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Wyznaczanie energii dysocjacji molekuły jodu (I 2 )

Metody badań spektroskopowych

Własności optyczne materii. Jak zachowuje się światło w zetknięciu z materią?

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

IM-4 BADANIE ABSORPCJI ŚWIATŁA W MATERIAŁACH PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Cząsteczki i światło. Jacek Waluk. Instytut Chemii Fizycznej PAN Kasprzaka 44/52, Warszawa

LASER CO2. Marta Rechulicz gr. 32D

ĆWICZENIE NR 3 POMIARY SPEKTROFOTOMETRYCZNE

Technika laserowa, wybrane zastosowania Zastosowania laserów

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Tematyka ćwiczeń laboratoryjnych z Biofizyki dla studentów I roku Kierunku Lekarsko-Dentystycznego w Zabrzu w roku akademickim 2017/18


Zagrożenia powodowane przez promieniowanie laserowe

Charakterystyka właściwości tłumiących światło wybranych materiałów z jakich wykonane są okulary ochronne

Dobór warunków dla poprawnego pomiaru widm emisji i wydajności kwantowych emisji

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

Przewaga klasycznego spektrometru Ramana czyli siatkowego, dyspersyjnego nad przystawką ramanowską FT-Raman

WYZNACZANIE ODLEGŁOŚCI KRYTYCZNEJ POMIĘDZY CZĄSTECZKAMI DONORA I AKCEPTORA W PROCESIE REZONANSOWEGO PRZENIESIENIA ENERGII (FRET)

Warszawa, dnia 11 lipca 2012 r. Poz. 787

Technika laserowa, ośrodek czynny. Moc (bezpieczeństwo) Sposób pracy (ciągłe, impulsowe) Długość fali Ośrodek czynny Zastosowania

Własności optyczne półprzewodników

Nanotechnologie w diagnostyce

Optyka. Wykład XII Krzysztof Golec-Biernat. Dyfrakcja. Laser. Uniwersytet Rzeszowski, 17 stycznia 2018

Diagnostyka plazmy - spektroskopia molekularna. Ewa Pawelec wykład dla pracowni specjalistycznej

M.A. Karpierz, Fizyka

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

rodzaje luminescencji (czym wywołana?)

Centrum Diagnostyki i Terapii Laserowej Politechniki Łódzkiej

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

SPEKTROSKOPIA MOLEKULARNA 2015/16 nazwa przedmiotu SYLABUS A. Informacje ogólne

VI. Elementy techniki, lasery

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Bernard Ziętek OPTOELEKTRONIKA

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Widmo promieniowania

Autokoherentny pomiar widma laserów półprzewodnikowych. autorzy: Łukasz Długosz Jacek Konieczny

POTENCJALNE ZAGROŻENIA WYNIKAJĄCE Z NIEWŁAŚCIWEGO KORZYSTANIA Z LASERÓW

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

PODSTAWY FIZYCZNE MEDYCZNYCH ZASTOSOWAŃ LASERÓW

Transkrypt:

Metody optyczne w medycynie Podstawy oddziaływania światła z materią E i E t E t = E i e κ ( ω L) i( n 1)( ω L) c e c zmiana amplitudy (absorpcja) zmiana fazy (dyspersja) Tylko światło pochłonięte może wywołać efekty bio/foto/chemiczne (prawo Grotthusa-Drapera) konieczne absorpcja - chromofory Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 1/18

Własności optyczne ciał absorpcja (κ) prawo Lamberta-Beera, I( ω, N, L) = I 0 e a( ω, N ) L współczynnik absorpcji a=4πκ /λ (λ dł. fali świetlnej), absorbancja A = al (gęstość optyczna); A = ln I/I 0. a(ω) 0 ω- ω 0 T=I/I o 1 W analityce współczynnikiem absorpcji określa się niezależną od stężenia c wielkość ε, związaną z absorbancją i a relacją ε= A/(c L) λ ω 0 ω Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 2/18

dyspersja (n) zmiana fazy n(ω) a 1 0 ω- ω 0 0 1 0 n a) mikroskopia (kontrast fazowy) b) anizotropia optyczna aktywność optyczna (skręcenie płaszczyzny polaryzacji polarymetria) α P α= (πl/λ)(n + -n -- ) skręcenie miarą dwójłomności (aktywności optycznej) ważna metoda analityczna dla pomiarów stężenia cukrów (sacharymetria) Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 3/18 A

Absorpcja tkanek przykładowe widma laser Ar + HbO pigment lampa łukowa soczewka & rogówka Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 4/18

Chromofory a) endogenne: melanina, hemoglobina, rodopsyna, kwasy nukleinowe (UV), karoten, chlorofil,... b) egzogenne barwniki kationowe (tiazyny: błękit metylowy, tiopironina) na zewnątrz komórki w reakcji fotodynamicznej niszczą błonykomórkowe fluoresceiny (np. róż bengalski, eozyna) i porfiryny lokują się w cytoplaźmie niszczenie str. cytoplazmatycznych, enzymów i RN akrynidy łączą się z DNA - mutacje egzogenne mogą wyzwalać endogenne np. ( Kwas 5- Aminolewulinowy ) Protoporfiryna Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 5/18

Pomiary spektroskopowe ogólna metodyka - spektroskopia absorpcyjna lampa spektr. próbka detektor spektroskop/ monochromator zdolność rozdzielcza ( ω instr ) T T λ ω λ ω Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 6/18

zastosowanie laserów lampa spektr. próbka detektor spektroskop/ monochromator laser przestraj. próbka detektor kolimacja zwiększ. czułości (drogi opt.) T ω T ω λ λ Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 7/18

Inne rodzaje spektroskopii optycznej: spektroskopia dyspersyjna, polarymetria spektroskopia emisyjna rozpraszanie światła (Rayleigha, Ramana) Widma molekularne stany singletowe i trypletowe możliwe przejścia S 2 T 2 S 1 A FL FS T 1 FLO S 0 metody fluorescencyjne Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 8/18

Mechanizm aktywacji chromoforu przez światło: S 2 T 2 S 1 τ 10 10 10 8 s T 1 τ 10 6 10 3 s światło IR ciepło ablacja, koagulacja, odparowanie, S 0 selektywne reakcje fotochemiczne z otoczeniem Nowe źródła światła dla elektronowych wzbudzeń chromoforów Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 9/18

Źródła światła: 1. Lampy a) szerokopasmowe, rozkład Plancka 2hc I( λ) = 5 λ 2 e 1 hc λk T B 1 b) lampy selektywne np. niebieskie do terapii hyperbilirubinemii i łuszczycy c) lampy monochromatyczne np. Hg źródło UVC(253,7 nm), kwarcówka, Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 10/18

2. Lasery Właściwości promieniowania laserowego - duża intensywność (spektralna i przestrzenna gęstość mocy) - monochromatyczność - kolimacja - spójność - polaryzacja - przestrajalność (lasery barwnikowe, Ti:szafir i diodowe) - możliwość generacji ultrakrótkich impulsów Lasery diodowe umożliwiają akcję laserową głównie w zakresie ok. 650 950 nm (choć tzw. lasery niebieskie sięgają też już do ok. 400 nm). Mogą być przestrajane przez zmianę temperatury w zakresie znacznie mniejszym niż lasery barwnikowe. Są za to małe, proste w obsłudze i ekonomiczne, Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 11/18

Przykład lasera przestrajalnego laser barwnikowy Barwniki laserowe -umożliwiają przestrajanie długości fali laserów barwnikowych dzięki odpowiedniej strukturze poziomów energetycznych (szerokie, ciągłe pasma i wysoka wydajność kwantowa fluorescencji. Zakresy widmowe akcji laserowej możliwej przy użyciu różnych barwników: Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 12/18

Lasery w medycynie wybór konkretnego typu lasera zależy od konkretnego zastosowania: absorpcji tkanek. światło musi dotrzeć tam, gdzie ma działać (prawo Grotthusa-Drapera) konieczna transmisja przez tkankę po drodze i absorpcja światła u celu widma chromoforów Penetracja tkanki przez światło różnych laserów (głębokość, po jakiej natężenie wiązki spada e-krotnie w typowej tkance miękkiej): Ar + 0,5-2 mm Nd:YAG 2-6 mm Er:YAG 0,4-0,6 mm CO 2 0,1-0,2 mm Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 13/18

Znaczenie różnych właściwości światła laserowego dla zastos. med. duże natężenie umożliwia dostarczenie dużej energii do ściśle określonego miejsca koagulację, ablację tkanek, monochromatyczność i przestrajalność umożliwia selektywne wzbudzanie wybranych chromoforów inicjację określonej reakcji kolimacja wiązki laserowej umożliwia osiągnięcie dużej gęstości energii i dobre zogniskowanie promieniowania (użycie światłowodów) koherencja umożliwia silne ogniskowanie, zastosowanie holograficzne metod krótkie impulsy zmniejszanie ef. termicznych, możliwość badania szybkich reakcji biol./chem. Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 14/18

Zastosowania chirurgiczne wykorzystują przeważnie termiczne działanie światła laserowego (lasery pracujące w bliskiej i średniej podczerwieni wzbudzają oscylacyjne i rotacyjne stany molekuł w tkankach). Główne zalety lasera w chirurgii: bezkontaktowe działanie sterylność, możliwość zabiegów na dnie oka (światło przechodzi przez przezroczystą soczewkę oczną, absorbowane przez siatkówkę), precyzja (możliwość ogniskowania do ok. 10µm), bezkrwawość (ważne przy operacjach rozległych obszarów np. mastektomii), możliwość stosowania bezinwazyjnych technik wziernikowych Ablacja = rozpad tkanek (dysocjacja cząsteczek) w wyniku bezpośredniego rozrywania wiązań i nadania fragmentom energii kinetycznej przez krótkie impulsy światła UV. Bardzo atrakcyjna dla precyzyjnej chirurgii dzięki nietermicznemu działaniu eliminacja blizn i efektów ubocznych termicznego działania tradycyjnych laserów chirurgicznych (np. lasera CO 2 ) Różne skutki działania światła w zależności od długości impulsu laserowego przy zachowaniu tej samej dawki promieniowania świetlnego Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 15/18

Popularne typy laserów medycznych : ekscymerowe (193-351 nm) głównie do korekcji wad widzenia przez chirurgiczne modyfikowanie soczewki ocznej (zmiana krzywizny przez ablację rogówki) Ar+ (488 i 514,5 nm) głównie w okulistyce (operacje siatkówki) Nd:YAG (1,064 µm) chirurgia (najczęściej stosowany laser chirurgiczny) Ho:YAG (2,09 µm) chirurgia (ablacyjne operacje prostaty) Er:YAG (2,94 µm) ablacyjna chirurgia kosmetyczna (wygładzanie zmarszczek) CO2 (10,6 µm) chirurgia (działanie głownie koagulacyjne chyba, że krótkie impulsy), obecnie coraz rzadziej stosowany barwnikowy (równe dł. fali, głównie w obszarze widzialnym) głównie w terapii fotodynamicznej (PDT), okulistyce i dermatologii Ti:szafir (bliska podczerwień) głównie w okulistyce, PDT diodowy (niebieski oraz czerwień i bliska podczerwień) głównie w biostymulacji (low-level laser therapy LLLT) oraz do wzbudzania profiryny Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł.1 16/18