PROIECT DE CERCETARE SI DOCUMENTARE ERORI DETECTATE IN APARATURA MEDICALA Coordonator Student Prof. Dr. Ing DANIELA BALAN MARIAN VLADESCU Master I… [612194]

1
UNIVERSITATEA “POLITEHNICA” DIN BUCURESTI
FACULTATEA DE ELECTRONICA, TELECOMUNICATII SI TEHNOLOGIA
INFORMATIEI

PROIECT DE CERCETARE SI DOCUMENTARE

ERORI DETECTATE IN APARATURA MEDICALA

Coordonator Student: [anonimizat] I Optoelectronica
CUPRINS
Introducere

2
1. Traductoare ……… …………………………………………………………………………
………………….7
1.1 Traductoare
fotoelectrice …………………………………………………………………………7
1.2 Traductoare cu radiatii
ionizante ……………………………………………………………..8
2. Fotobiologie ………………………………………………………………………………
……………………10
2.1 Proprietati
ondulatorii ………………………………………………………………………………
11
2.2 Proprietati
corpusculare ……………………………………………………………………………
11
3. Radiatii
neionizante …………………………………………………………………………………
………14
3.1 Efecte ale radiatiilor electromagnetice neionizante ………………………………….14
3.2 Legile
fotochimiei ……………………………………………………………… ……………
…………15
3.3 Tratamente cu
UV………………………………………………………………………………………
16
3.4 Terapia cu radiatie
LASER ……………………………………………………………………………17
3.5 Operatii cu LASER ale
tumorilor ………………………………………………………………….19
4. Dispozitive
medicale ……………………………………………………………………………………
…….20

3
4.1 Pulsoximetrul ………… ………………………………………………………………
…………………… 20
4.2 Citometrul ………………………………………………………………………………
……………………21
4.3 Refractometrul …………………………………………………………………………
………………….24
Concluzii
Bibliografie

Lista acronime:
FSC – Forward Scatter
SSC – Side Scatter
FL – Fluorescence

4

Lista figuri
Fig 1 – Radiatia electromagnetica
Fig 2 – Domeniile spectrului electromagnetic
Fig 3 – Pulsoximetru
Fig 4 – Dimensiunea si forma particulelor

5
Fig 5 – Granularitatea particulelor
Fig 6 – Intensitatea fluorescentei
Fig 7 – Refractometru

INTRODUCERE
Bioingineria medicală integrează principiile fizicii, chimiei, matematicii și pe cele inginerești
pentru studiul biologiei, medicinei, comportamentului sau sănătății. Bioingineria creează
concepte fundamentale și cunoștințe de la nivel molecular pînă la nivel sistemic și dezvoltă noi
produse biologice, materiale, procese, implanturi și produse informatice pentru prevenirea,
diagnosticul și tratamentul bolilor, pentru reabilitarea pacientului și creșterea gradului de
sănătate.

6
Bioin gineria sau ingineria medicală s -a consacrat recent ca o disciplină de sine stătătoare,
comparativ cu alte domenii inginerești; o asemenea evoluție este specifică domeniilor
interdisciplinare care reușesc să se desprindă de celelalte specializări deja cuno scute. O mare
parte din studiul bioingineriei constă în cercetare și dezvoltare într -un domeniu foarte larg de
subdomenii.
Aplicațiile bioinginerești principale includ realizarea de proteze biocompatibile, dispozitive
medicale de diagnostic și tratament ca re variază de la echipamente clinice la microimplanturi,
echipamente imagistice cum ar fi RMN -urile, biotehnologie cum ar fi regenerarea și creștere de
țesuturi și medicamentele de biosinteză și sinteză.
Bioingineria este un domeniu interdisciplinar care e ste influențat de diferite domenii inginerești
și medicale. Acest lucru este specific disciplinelor noi care au evoluat din aplicațiile extinse ale
altor discipline într -un domeniu de sine stătător. Mulțumită acestei diversități, este tipic pentru
bioingin erie să -și îndrepte atenția către un anumit subdomeniu sau un grup de subdomenii care
sunt conectate între ele.
Biotehnologia este des considerat un termen ambiguu, câteodată folosit ca un termen similar cu
bioingineria medicală; totuși acest termen denotă produse specifice care folosesc „sisteme
biologice, organisme vii sau microorganisme”. Chiar și anumite dispozitive medicale complexe
pot fi încadrate în această arie a biotehnologiei dacă la baza princiupiului lor de funcționare stă
folosirea unor astfel de sisteme biologice. Biofarmaceuticele (de exemplu vaccinurile), ingineria
genetică și anumite aplicații din agricultură sunt unele din principalele subdomenii ale
biotehnologiei.
Farmaceuticele au legătură cu biotehnologia prin două căi indirecte: 1) an umite produse se
încadrează în ambele domenii de activitate (biofarmaceuticele, antibioticele de biosinteză) și 2)
împreună formează aria de bioinginerie medicală care nu se bazează pe dispozitive medicale.
Ingineria tisulară este o componentă majoră a Bio tehnologiei. Unul dintre rolurile ingineriei
tisulare este de a crea organe artificiale (folosind materiale biocompatibile) pentru pacienții care
au nevoie de transplant de organe. Bioinginerii cercetează noi metode de a crea astfel de organe.
Cercetătorii au reușit să crească mandibule și trahei cu structuri asemănătoare cu cele biologice
naturale din celule stem umane. De asemenea vezici urinare artificiale au fost crescute în
laboratoare și transplantate cu succes pacienților. Organele bioartificiale car e folosesc atât
componente sintetice cât și biologice reprezintă un subiect de cercetare, cum ar fi dispozitivele
care facilitează funcția hepatică prin folosirea celulelor hepatice într -un bioreactor artificial.
Ingineria genetică, recombinarea ADN, modif icarea/manipularea genetică și separarea genelor
sunt termeni folosiți pentru a descrie modificările posibile asupra genelor unui organism.
Ingineria genetică este diferită de formele tradiționale de modificare a structurii genetice, unde

7
genele organismul ui erau manipulate indirect. Ingineria genetică folosește tehnici de clonare și
transformare moleculară pentru a schimba structura și caracteristicile genelor în mod direct.
Tehnicile de inginerie genetică sunt folosite cu succes în numeroase aplicații. Câ teva exemple
sunt: îmbunătățirea tehnologiilor de realizare a recoltelor, obținerea insulinei sintetice folosind
bacterii modificate genetic, obținerea eritropoietinei în celulele ovariene la hamsteri și
modificarea genetică a șoarecilor de laborator pentr u a simula cancerul pentru cercetare.
Ingineria neuronală este o disciplină care folosește tehnici inginerești pentru a înțelege,a repara, a
înlocui sau îmbunătăți sistemul neuronal. Bioinginerii care lucrează în acest domeniu sunt
calificați special pent ru a rezolva problemele care apar la interfața țesut neuronal -structuri
artificiale.
Ingineria farmaceutică este considerată atât o ramură a bioingineriei medicale cât și o ramură a
ingineriei chimice; în practică, este considerată un subdomeniu hibrid (aș a cum sunt multe din
domeniile bioingineriei medicale). În afară obținerea de produsele farmaceutice care folosesc în
mod direct substanțe biologic active, chiar și obținerea de medicamente de sinteză necesită
cunoștințe din bioinginerie având în vedere in teracțiunile fiziologile care le provoacă folosirea
unor astfel de medicamente.
Imagistica medicală este un subdomeniu important al dispozitivelor medicale. Rolul acestui
domeniu este de a permite investigarea directă și indirectă a organelor care nu sunt vizibile
ochiului uman, realizând o analiză a dimensiunilor acestora și a localizării lor în organism.
Imagistica medicală presupune folosirea ultrasunetelor, magnetismului, radiațiilor UV și
infraroșu, razelor X, microunde și a altor tehnici.

Cap 1. TRADUCTOARE
1.1 Traductoare fotoelectrice
Traductoarele fotoelectrice transformă semnalele luminoase în semnale electrice. Din această
categorie de traductoare fac parte celula fotoelectrică, fotomultiplicatorul, fotorezistențele,
fotodiodele, fototranzistoarele și fotoelementele. Traductoarele fotoelectrice pot fi întâlnite în
componența unor dispozitive complexe, utilizate în imagistica medicală.

8
Celula fotoelectrică funcționează pe baza efectului fotoelectric. Efectul fotoelectric constă în
apariția sau variația unui curent electric într -un circuit sub acțiunea radiațiilor luminoase care cad
pe unul din elementele ce compun acel circuit. În varianta ei cea mai simplă, celula fotoelectrică
constă dintr -o incintă de sticlă, de formă sferică, vid ată, în care se află cei doi electrozi c onectați
la un circuit exterior.
Catodul este reprezentat de un strat de metal fotosensibil (de regulă un metal alcalin – potasiu,
cesiu, aliaj de potasiu -cesiu, cadmiu etc.) depus pe o parte a peretelui interior a l incintei. Prin
iluminare, fotocatodul emite, în toate direcțiile, electroni care sunt captați de anod, astfel încât în
circuitul exterior va apărea un curent electric. Prin aplicarea unei diferențe de potențial (asigurată
de o sursă exterioară) între el ectrozi, la o anumită valoare a tensiunii aplicate, toți electronii
emiși de fotocatod vor intra în circuitul exterior. Curentul fotoelectric intră în regimul de
saturație, astfel încât se poate asigura proporționalitatea curentului cu fluxul luminos care cade
pe catod.
Fotomultiplicatorul, spre doesebire de celula fotoelectrică, are interpus între fotocatod și anod un
dispozitiv de multiplicare a electronilor, constituit dintr -o serie de electrozi intermediari, numiți
dinode (figura). Prin lovirea primei d inode de către un electron emis de fotocatod, vor fi smulși
alți electroni. La rândul lor, acești electroni vor smulge, fiecare, alți electroni di n dinoda
următoare ș.a.m.d.
Diodele sunt conectate la potențiale crescătoare, astfel încât, între doi electr ozi succesivi,
particulele vor fi accelerate și, prin creșterea energiei lor cinetice, vor fi capabile să smulgă unor
număr de electroni din ce în ce mai mare. Va rezulta un efect de multiplicare (1010) și electronii
emiși din ultima dinodă vor fi culeși p e anod, unde vor da naștere unui puls electric foarte scurt
(10-8 s). Acest puls va fi înregistrat de un dispozitiv electronic, înserat într -o instalație cu un
grad de complexitate mai mic sau mai mare, în funcție de scopul în care se utilizează respectiv ul
sistem de traducere a semnalului luminos în semnal electric.
Fotorezistențele sunt semiconductori care își modifică rezistența electrică proporțional cu fluxul
luminos care cade pe ele. Pentru a deveni traductori fotoelectrici, fotorezistențele trebuie incluse
într-un circuit electric prevăzut cu sursă de curent continuu și cu ampermetru destinat măsurării

9
curentului care trece prin fotorezistență. Fotorezistențele sunt sensibile la o gamă largă de
frecvențe ale radiațiilor electromagnetice, de la radia țiile infraroșii până la radiațiile X.
În cazul fotodiodelor și fototranzistoarelor, curentul electric se obține prin iluminarea
joncțiunilor dintre semiconductori. Ele trebuie, de asemnea, să fie inserate într -un circuit electric
prevăzut cu o sursă exte rioară de alimentare cu curent continuu.
Fotoelementele (celule fotovoltaice sau celule cu strat de baraj)(figura) sunt dispozitive
fotoelectrice care nu au nevoie de o sursă exterioară de curent pentru a funcționa. La iluminare,
între electrozii fotoeleme ntului ia naștere o diferență de potențial care poate fi măsurată cu un
voltmetru.
Un asemenea fotoelement este cel cu oxid cupros (Cu2O). Pe o placă de Cu, care reprezintă unul
dintre electrozi, se aplică un strat subțire de oxid cupros, iar peste acesta un strat de Au foarte
subțire, transparent pentru lumină. Stratul de Au constituie al doilea electrod. Iluminând stratul
de Cu2O (prin stratul transparent de Au), acesta va emite fotoelectroni care se deplasează spre
stratul de Cu. Stratul de baraj este stratul de contact dintre Cu2O și Cu care permite trecerea
electronilor într -un singur sens (efect de redresare). Prin unirea capetelor celor doi electrozi cu
un fir conductor, în circuit apare un curent electric măsurabil. Un fotoelement care funcționează
în mod asemănător este celula cu seleniu.

1.2 Traductoare pentru radiatii ionizante
Fotodozimetrul este un dispozitiv ce foloseste proprietatea radiatiilor ionizante de a impresiona
pelicula fotografica. Acesta este compus dintr -o caseta cu placate si un film fotografic. Caseta
are placute de aluminiu (care retin radiatiile alfa si beta), placute de cupru (care retin radiatiile
beta mediu) si placute de plumb (care retin toate radiatiile alfa si beta). Dupa developare, filmul
se citeste cu ajutorul unui a parat ce estimeaza expunerea.

10

Cap 2. FOTOBIOLOGIE
Radiatia este un transport de energie de catre unde electromagnetice sau particule material.
Radiatia electromagnetica este o unda cu doua componente: campul electric (E) si campul
magnetic (B). Cele doua campuri oscileaza in timp si spatiu, fiecare pe o directive perpendicular
pe directia de propagare a undei si perpendicular unul pe celalalt.

11
Un camp electric oscilatoriu genereaza un camp magnetic oscilatoriu si invers. In acest fel de
creeaza o unda care se propaga de la sine in spatiu si anume unda electromagnetica.
Radiatia electromagnetica prezinta atat proprietati ondulatorii, specifice und elor, cat si proprietati
corpusculare, specifice particulelor material e. Aceste caracteristici se pot observa separate:
– Proprietatile ondulatorii apar atunci cand unda este masurata pe distante si timpi relativ
mari
– Proprietatile corpusculare se manifesta atunci cand se masoara distante mici si timpi
scurti de interactie.

Fig 1 – Radiatia electromagnetica

2.1 Proprietati ondulatorii:
1. Frecventa – reprezinta numarul de oscalatii complete efectuate de campul electric in
unitatea de timp
2. Perioada de oscilatie – reprezinta timpul in care se efectueaza o oscilatie complete

12
3. Lungimea de unda – reprezinta distanta intre doua maxime successive sau distanta
parcursa intr -o perioada de oscilatie
4. Viteza de propagare – reprezinta viteza cu care se propaga front al undei
electromagnetice; in vid, radiatiile electromagnetice se propaga cu aceeasi viteza fata de
oricre sistem de referinta (viteza luminii); atunci cand unda electromagnetica trece dintr –
un mediu in altul, frecventa ramane aceeasi, insa viteza se modif ica, de aici rezultand si
modificarea lungimii de unda.

2.2 Proprietati corpusculare:
Radiatia electromagnetica este un ansamblu de particule/corpusculi numite fotoni. Acestia se
deplaseaza intotdeauna cu aceeasi viteza, egala cu viteza luminii in vid. Un foton mai poarta
denumirea de cuanta de energie. Intr -o unda electromagnetica mono cromatica, avand o singura
frecventa , toti fotonii au aceeasi energie E, ce depinde de frecventa radiatiei.
In general, o unda electromagnetica reprezinta o suprapunere de m ai multe unde
electromagnetice, care pot avea diferite frecvente. Aceasta este caracterizata de spectrul
frecventelor, adica de totalitatea frecventelor diferitelor unde care compun unda rezultanta.
Fiecarei frecvente ii corespunde o anumita lungime de und a, de aceea se mai poate folosi
spectrul lungimilor de unda.
Spectrul electromagnetic cuprinde totalitatea frecventelor posibile ale undelor electromagnetice.
In intervalul cuprins intre o valoare minima si una maxima, frecventa poate lua orice valoare,
adica spectrul electromagnetic este continuu.
Cele mai joase frecvente si energii le au undele radio extreme de lungi, deoarece acestea se
incadreaza la valori de ordinul a 10.000km, iar frecventa de ordinul a 30Hz. In schimb, radiatiile
gamma au cea mai ma re frecventa si energie, mai exact pot atinge frecvente de aproximativ
10^24Hz si lungimi de unda mai mici de 10^( -14)m.
Lumina acopera cea mai mica parte a spectrului radiatiilor electromagnetice, numita spectrul
vizibil s au domeniul vizibil. Soarele si a lte stele asemanatoare lui emit cel mai puternic radiatii
electromagnetice vizibile, care compun lumina si care pot fi percepute de ochiul uman. Spectrul

13
vizibil contine frecvente intre aproximatic 405THz (rosu) si 790THz(violet). In vid, radiatiile
vizibi le au lungimi de unda cuprinse intre aproximativ 380nm (violet) si 740nm (rosu). Intr -un
mediu oarecare, culoarea este data de frecventa undei.

Fig 2 – Domeniile spectrului electromagnetic
Un atom neutru in stare fundamentala are energie minima. Atunci cand interactioneaza cu o unda
electromagnetica, atomul poate absorbi energie de la acesta, tracand pe un nivel superior de
energie. Daca atomul nu a pierdut niciun electron, spumen ca atomul este intr -o stare excitata.
Daca insa radiatia a cedat suficienta energie pentru a scoate un electron din atom, atunci se
produce ionizarea, rezultand un atom ionizat (incarcat electric) si un electron liber.
Radiatia electromagnetica poate fi emisa sau a bsorbita de electronii din molecule sau atomi. In
urma procesului de emisie/absorbtie, electronii trec de pe un nivel de energie pe altul. Aceste
nivele sunt discrete, dispuse in trepte: electronii nu pot ceda sau absorbi decat anumite cantitati
precise de energie.

14
Spectrul de emisie sau absorbtie al unui atom sau molecula va contine deci numai anumite
frecvente. La moleculele organice extreme de complexe, unele nivele energetice ale diferitilor
atomi component pot sa se intrepatrunda, dand nastere unor be nzi spectrale, ce reprezinta
subdomenii continue ale spectrului moleculei.

Cap 3. RADIATII NEIONIZANTE
Radiatiile ionizante au suf icienta energie pentru a scoate electroni din atomi sau molecule,
producand astfel ionizari in mediul iradiant. Energia radiatiei care produce o ionizare trebuie sa
fie mai mare sau egala cu energia de legatura in atomul sau molacula respective a electronului
eliberat. Radiatiile care au o energie mai mica de 10 eV nu pot produce ioniari in mater ie si se
numesc radiatii neionizante. Lungimea de unda a acestora este mai mare sau egala cu 120 nm.

15
Radiatiile electromagnetice din cea mai mare parte a domeniului UV, din tot domeniul vizibil si
infrarosu, microundele si undele radio sunt radiatii neion izante. In momentul in care radiatiile
electromagnetice traverseaza un material, acestea cedeaza energie atomilor si moleculelor
acestuia. Astfel, pot avea loc:
– Cresterea energiei de agitatie termica a atomilor si moleculelor
– Ionizari si excitari ale atomi lor si moleculelor

3.1 Efecte ale radiatiilor electromagnetice neionizante:
– Prin cresterea energiilor de rotatie si vibratie ale moleculelor se produce incalzirea
substantei
– Radiatiile infrarosii pot mari numai energiile de vibratie si rotatie ale molecul elor, in timp
ce radiatiile ultraviolet pot mari toate tipurile de energie
– Radiatia poate sa cedeze energie electronilor periferici ai atomilor si moleculelor, iar prin
acest transfer se produce excitarea atomilor si moleculelor
– Dezexcitarea poate fi de do ua feluri: radiativa, atunci cand atomul sau molecula revine in
starea fundamentala prin emisie de radiatie electromagnetica si neradiativa, atunci cand
atomul sau molecula revine in starea fundamental fie prin transferal energiei de excitare a
unui alt at om/molecula, fie prin cresterea energiei vibrationale.
Dezexcitarea radiativa este numita si fluorescent. Absorbtia fotonului este urmata de emisia
unui foton cu o lungime de unda mai mare sau egala cea a fotonului absorbit. Exista doua
tipuri de fotoluminescenta:
– Fluorescenta, adica reemisia din starea singlet
– Fosforescenta, adica reemisia din starea triplet
Atunci cand lungimea de unda in reemisie este egala cu cea a fotonului absorbit, fluorescent
se numeste de rezonanta. Durata fluorescentei es te foarte mica, de ordinul a 10 ns. In
fosforescenta emisia continua un timp mai lug dupa incetarea excitarii.

16
In unele cazuri excitarea unor anumite tipuri de molecule determina cresterea reactivitatii
chimice a acestora si producerea unor reactii fotoch imice: izomerizari, reprezentate prin
rearanjari interne ale moleculei sau polimerizari, reprezentate prin combinari intre molecule
sau fotosensibilizari.

3.2 Legile fotochimiei:
1. Legea Grotthus -Draper: Pentru a se putea produce reactia fotochimica, molecula treuie sa
absoarba radiatie
2. Legea Stark -Einstein: Pentru o molecula care poate participa la o reactive fotochimica in
urma absorbtiei unui foton exista o probailitate mai mica de 100% de a se produce reactia
fotochimica. In cazul in care reactia f otochimica are loc, molecula fotoexcitata a fost
produsa prin absorbtia unui singur foton
Soarele este cea mai importanta sursa naturala de radiatii ultraviolete. Surse artificiale sunt
lampile germicide, lampile cu vapori de mercur, cu halogen, cu descarc ari electrice sub
tensiune inalta, sursele incandescente sau fluorescente, precum si unele surse laser.
Radiatiile UV neionizate pot produce ruperi de legaturi chimice moleculare si pot induce
reactii fotochimice. Efectele biologice ale iradierii cu ultrav iolet depind de lungimea de unda
si de timpul de expunere.
Lampile germicide emit radiatie UVC. Aceasta induce dimerizarea unor perechi de baze
azotate ale ADN -ului cu sudura lanturilor de ADN in locul respective. Ca urmare,
transcrierea genetica, adic a copierea informatiei de pe ADN pe ARN este blocata,
determinand oprirea diviziunii celulare si in final moartea celulara.
Pe langa reactiile de dimerizare, radiatiile UVC mai pot induce si alt e efecte asupra
moleculei de ADN : ruperea unor legaturi chimice , hidratarea bazelor piramidinice, ruperea
unei cat ene ADN precum si formarea unor legaturi cu proteinele. La om, radiatiile UVC sunt
absorbite de statul mare de celule moarte ale epidermei. Supraexpunerile accidentale la UVC
pot produce inflamatii si arsu ri ale corneei, precum si arsuri severe ale fetei.

17
Radiatiile UVB sunt cea mai distructiva forma a radiatiilor ultraviolet deoarece au suficienta
energie pentru a produce leziuni in ADN prin reactii fotochimice si nu sunt complet absorbite
in atmosfera. E xista insa si efecte nocive ale UVB: arsuri tegumentare, cataracta sau cancer
al pielii.
Radiatiile UVA sunt absorbite foarte putin in atmosfera, iar ca efect primar amintim
pigmentarea pielii. Supraexpunerea la UVA induce imbatranirea precoce a pielii, de termina
aparitia cataractei si afecteaza grav sistemul imunitar. Majoritatea lampilor utilizate in
fototerapie, precum si cele folosite pentru bronzare artificiala sunt lampi de UVA.
Efectele fotochimice ale radiatiilor ultraviolet pot fi amplificate de un ele medicamente,
precum si de unele component ale produselor cosmice. Protectia fata de ultraviolet este
asigurata de imbracaminte, material din sticla speciala, materiale acrilice si materiale plastic.
Lotiunile de soare ofera protective relative redusa f ata de ultraviolete.

3.3 Tratamente cu UV
Fototerapia: se utilizeaza in tratamentul unor afectiuni ale pielii, unde se expune zona
afectata a pielii la radiatii ultaviolete, pentru un interval de timp bine precizat. In timpul
tratamentului, restul suprafetei pielii este protezat cu imbracaminte de protective, iar
pacientul poarta ochelari de protective. In anumite cazuri, este expus intregul organism intr -o
camera speciala de expunere UV sau se folosesc dispositive de dimensiuni mici, manevrate
manu al, in cazul expunerii unor portiuni mici ale pielii.
Fototerapia poate fi utilizata si impreuna cu aplicarea unui agent topic fotosensibilizator, care
in urma absorbtiei radiatiilor UV contribuie la limitarea metabolismului anormal al pielii. In
general t ratamentul UV se completeaza cu administrarea de agenti sistemici, cum sunt unele
medicamente sau derivati ai vitaminei A.
Chimiofototerapia: consta in ingerarea, aplicarea topica sau bai cu psoralen, urmate de
expunere la radiatii UVA. Psoralenii sunt age nti fotosensibilizatori, ce actioneaza asupra
celulelor anormale ale pielii. Comparativ cu fototerapia, utilizarea psoralenilor in
chimioterapie permite utilizarea unei doze mai mici de radiatii UV. Inaintea tratamentului se

18
determina doza fototoxica minim a, adica doza minima de UVA care produce inrosirea
uniforma a pielii dupa 72h de expunere.
Fototerapia :
– Terapia cu radiatie LASER
– Componentele unui LASER
– Interactia radiatiei LASER cu tesutul
– Operatii cu LASER ale tumorilor
Iradierea corpului cu radiatii electromagnetice neionizante ( radiatii IR, vizibile si UV),
efectuata in asa numitele bai de soare sau bai de lumina are efecte terapeutice in unele
afectiuni generale, dereglari ale echilibrului hidromineral, boli de piele, etc.

3.4 Terapia cu radiatie LASER:
Un LASER este o sursa optic ace emite fotoni intr -un fascicul coherent de radiatii
electromagnetice. Fasciculul este aproape monochromatic, foarte intens si ingust,
unidirectional. Radiatia acestuia este una polarizata. Sper deosebire de LASER, sursele
obisnuite de lumina emit in toate directiile radiatie necoerenta, nepolarizata si cu un spectru
larg de lungimi de unda.
LASER -ul este format dintr -un mediu active, o sursa de pompaj, doua oglinzi, una din ele
fiind partial si fasciculul de fotoni. Mediul la ser activ este un material care produce
amplificare optica. Aceasta se realizeaza prin emisie stimulate: o mare parte din moleculele
sau atomii materialului sunt stimulati de sursa de pompaj sa treaca pe un nivel superior de
energie. Dupa un anumit timp, a tomii aflati in stare excitata incep sa emita fotoni, revenind
astfel pe nivelul energetic anterior, corespunzator starii fundamentale. Acest proces poarta
denumirea de emisie spontana.
Oricare din acesti fotoni emisi spontan poate sa fie absorbit de un a tom ramas in stare
fundamental sau poate sa perturbe atomul excitat, fara a -i ceda energie. Deoarece o stare
excitata este instabila, aceasta perturbare determina tranzitia atomului excitat la starea

19
fundamental, prin emisia unui foton avand aceeasi energi e, directie si faza ca si fotonul
incident. Acest proces se numeste emisie stimulata.
O parte din fotonii emisi de atomii materialului sunt reflectati in interiorul mediului laser
active printr -un sistem special de oglinzi, putand stimula emisia altor foto ni. In acest fel, sunt
emisi din ce in ce mai multi fotoni, realizandu -se amplificarea optica. Sistemul de oglinzi in
dispozitivul laser formeaza o cavitate optica rezonanta: geometria sistemului de oglinzi este
realizata astfel incat sa fie amplificate un dele electromagnetice de o anumita frecventa, mai
exact frecventa de rezonanta a cavitatii. Acestea se reflecta de mai multe ori pe suprafata
oglinzilor, iar prin compunerea tuturor undelor respective in interiorul materialului laser se
obtine o unda rezul tanta cu aceeasi frecventa, dar si intensitate mult mai mare.
In interiorul cavitatii optice rezonante, orice unda care se propaga perpendicular pe oglinzi si
are frecventa egala cu frecventa de rezonanta a cavitatii, intra in rezonanta cu cavitatea si va
fi amplificata. Fotonii emisi spontan au directii aleatoare. Undele care nu se propaga parallel
cu axa longitudinala a cavitatii rezonante nu sunt amplificate si nu sunt transmise in
fasciculul laser.
Datorita proprietatilor emisiei stimulate, toate undel e electromagnetice emise vor avea
acelasi plan de polarizare, deci radiatia laser este total polarizata. Oglinda partiala aflata la
iesire relecta doar o parte din fotoni , intre 20% si 60%, acestia revenind apoi in mediul laser
si contribuind la amplificar ea optica. Restul fotonilor sunt emisi printr -o aperture a oglinzii,
formand fasciculul laser.
Mediul laser poate produce amplificare optica numai daca numarul atomilor in stare excitata
din material este mai mare decat numarul atomilor in stare fundament al. In acest caz spunem
ca in mediu s -a produs o inversie de populatii.
Exemple de medii laser:
– Cristale dopate cu ioni ale elementelor rare, cum sunt iterbiu sau neodimiu sau ale unor
metale, ca titanul sau cromul
– Sticle dopate cu ioni laser active
– Semic ondutori, cum sunt GaAs, GaN

20
– Gase, ca amestecurile de heliu si neon, argon, azot, monoxide de carbon, dioxid de
carbon sau vapori ale unor metale ca argintul sau cuprul
In mediul laser active inversia populatiilor se realizeaza prin pompaj optic. Sursa de energie
poate fi un current electric, lumina produsa de lampi cu descarcare in gaz, reactii chimice,
fisiune nucleara sau fascicule de electroni de mare energie.

3.5 Operatii cu LASER ale tumorilor
In general, terapia cu laser se aplica pentru a reduce sau distruge tumorile s uperficiale, pri
efecte termice. Terapia cu laser poate fi aplicata in majoritatea cazurilor cu scopul de a
diminuadurerile post -operatorii sau pentru fotocoagularea vaselor de sange care hranesc
tumora, limitand cresterea si expansi unea celulelor tumorale.
In general, radiatia laser este administrate tesutului printr -un endoscop flexibil, la care sunt
atasate fibrele optice de transmisie. In terapia cancerului se utilizeaza in special trei tipuri de
lasere: cu dioxid de carbon, cu a rgon si laserul NdYAG, folosit in general in tratamentul
tumorilor unor organe interne. Laserul cu argon este utilizat de asemenea in terapia
fotodinamica pentru activarea substantei fotosensibilizatoare care distruge celulele tumorale.

21
Cap 4. DISPOZITIVE MEDICALE
4.1 Pulsoximetrul
Pulsoximetrul este un aparat non -invaziv cu care se masoara gradul de oxigenare sangvina, fara a
fi nevoie de prelevarea unei probe de sange de la pacient. De asemenea, acesta poate fi utiliza
pentru masurarea modific arilor volumului de sange, adica pulsul. Saturatia de oxigen este
definita ca si cantitatea de oxigen dizolvata in dange si are la baza detectia hemoglobinei
oxigenate si neoxigenate.
Principalele component ale unui pulsoximetru sunt:
1. Sistem compus din do i senzori: unul pentru puls si celalalt pentru saturatia de oxigen
2. Microcontroller pentru procesarea semnalelor
3. Sistem de prindere
Dispozitivul este format dintr -un senzor care se aplica de obicei pe degetul aratator sau pe lobul
urechii. La copii, pulsoximetrul se aplica pe picior, intr -o zona mai sensibila. Sursa de lumina a
aparatului are doua LED -uri de lumina rosie si lumina infrarosie ce emit fascicule cu lungime de
unda de 600 -700nm, respectiv 850 -1000nm. Fasciculele strabat pielea si detectea za semnalele
oscilante determinate de pulsurile sangelui arterial.
Avantajos este faptul ca hemoglobin din sange absoarbe lumina rosie, iar oxihemogrobina
absoarbe lumina intrarosie. Fotodetectorul atasat pe corpul pacientului este conectat la o unitate
de calcul ce masoara intensitatile celor doua LED -uri. Procesorul calculeaza raportul de
absorbanta si determina saturatia de oxigen pentru fiecare puls detectat. De asemenea,
inregistreaza valorile atat pentru oxigen, cat si pentru puls. Aparatul afiseaza p rocentul de
hemoglobin saturate cu oxigen si genereaza un semnal sonor pentru fiecare puls , apoi un grafic
cu debitul de sange (pletismograma) trecut prin proba.
Fotodetectorul masoara cantitatea de lumina neabsorbita, ce provine de la cele doua LED -uri.
Inversand acest semnal, se obtine cantitatea de lumina absorbita de catre deget. Semnalul obtinut
se imparte in doua componente: semnalul continuu, ce reprezinta absorbtia de la nivelul
tesuturilor si semnalul variabil, care este dat de sangele arterial pul satoriu.

22
Defect: Pulsoximetrul nu poate sa realizeze o diferenta precisa intre oxigenul molecular si
oxigenul din monoxidul de carbon, care creste in intoxicatia cu fum.

Fig 3 – Pulsoximetru

4.2 Citometrul :
Citometria in flux reprezinta o abordare tehnica noua, de mare complexitate, ce permite
determinarea simultana a mai multor parametric fizici si chimici caracteristici unei singure celule
aflate in miscare intr -un curent lichid.
Citometria in flux este o t ehnica moderna, performanta si complexa de analiza celulara, care
permite masuratori rapide, cu rezolutii superioare, separate pentru fiecare celula, incluzand acizii
nucleici, cromozomii, complexele imune sau organelle celulare, aflate in cadrul unor susp ensii.
Asadar, pot fi facute analize multiparametrice simultane ale unui numar mare de particule, ale
caror caracteristici au coeficienti mici de variatie.

23
Procesul citometriei in flux implica:
1. Alinierea celulelor in suspensie, una dupa alta, in vederea prezentarii individuale a
sistemului de excitare (sistemul fluidic)
2. O sursa LASER ilumineaza fiecare celula individual, iar lumina reflectata si fluorescenta
emisa este colectata de detector (sistemul optic)
3. Datele colectate sunt convertite intr -un semnal electric direct proportional cu fluorescenta
emisa (sistemul electronic)
4. Datele electronice sunt convertite in date digitale si analizate cu ajutorul unor programe
specifice (interpretarea datelor)
Principiul de functionare al unui citometru:
1. Particulele e xistente in proba (celulele) sunt injectate intr -un curent de fluid. Suspensia
celulara trece printr -o zona de detectie considerata zona de interactiune a fiecarei
particule in parte, cu o sursa de excitatie luminoasa
2. Semnalele luminoase sunt detectate sim ultan de catre 4 fotodetectori si transformate in
semnale electrice echivalente, care apoi sunt amplificate si convertite in semnale digitale
3. Pentru fiecare particular in parte se va obtine 4 parametri diferiti: FSC, SSC, FL1 si FL2

FSC reprezinta dimensi unea si forma particulelor (Forward Scatter)

Fig 4 – Dimensiunea si forma particulelor

24
SSC reprezinta granularitatea particulelor (Side Scatter)

Fig 5 – Granularitatea particulelor

FL1/FL2 reprezinta intensitatea fluorescentei

Fig 6 – Intensitatea fluorescentei

Intensitatea fluorescentei este proportionala cu cantitatea colorantului fixat, respectiv cu
cantitatea componentei celulare de interes (acizi nucleici sau antigene de suprafata).
Corelarea datelor despre dimensiunea si structura interna a celulelor permite diferentierea
tipurilor celulare intr -o populatie heterogena de celule.

25
Aplicatii ale citometriei in flux:
1. Dimensiunea si structura interna a celulei
2. Continutul de ADN/ARN
3. Analiza si stocarea cromozomilor
4. Viabilitatea celulara
5. Expresia s i localizarea proteinelor
Defect: Citometrul in flux masoara doar diametrul celulei, fara a realiza o diferentiere clara
intre tipurile de celule. Astfel, in diferite patologii, celulele pot fi confundate si interpretate
ca fiind altele ceea ce poate duce la incapacitatea detectarii anumitor problem si punerea unui
diagnostic gresit.

4.3 Refractometrul:
Refractometrul este un dispozitiv utilizat pentru masurarea rapida a indicelui de refractie al
lichidelor, iar functionarea acestuia se bazeaza pe fenomenul de reflexie totala.
Acest fenomen apare atunci cand o raza de lumina se propaga printr -un mediu transparent si
un alt mediu transparent cu indice de refractive mai mic, sub un unghi de incidenta care
depaseste o anumita valoare, numita unghi limi ta. Cele doua medii sunt reprezentate de
sticla, respectiv de lichidul ce se doreste a fi analizat.
Dispozitivul de producer a reflexiei totale este alcatuit din doua prisme, ale caror sectiuni
sunt triunghiuri dreptunghice, in contact de -a lungul fetei ip otenuzei. Intre aceste fete ale
celor doua prisme se introduce un strat foarte subtire din lichidul cercetatprin rotirea uneia
dintre prisme in jurul unei balamale. Cand se trimite pe fata primei prisme un fascilul difuz
de raze de lumina, atunci prin stra tul de lichid dintre prisme nu patrund in prisma a doua
decat razele de lumina care cad pe stratul de lichid, sub unghiuri mai mici decat unghiul
limita.
Aceste fascicule sunt focalizate in planul focal al obiectivului unei lunate. In acest mod,
planul foc al apare luminat in regiunea in care sse gasesc punctele de convergenta ale

26
fasciculelor de raze care au strabatut stratul de lichid. Restul planului focal ramane intunecat,
cele doua regiuni (cea luminata si cea intunecata) fiind separate printr -o linie v izibila.
Pentru lichidele ale caror indice de refractie are diferite valori, unghiul limita fiind diferit,
linia de separatie dintre cele doua regiunni ale plaului focal ocupa diferite pozitii
corespunzatoare unghiului respectiv.
Refractometrul este compu s din:
1. Stativ
2. Sistem de prisme in care a doua prisma se poate roti fata de prima, in jurul balamalei
3. Cheie, ce ajuta la fixarea celei de -a doua prisme dupa introducerea lichidului
4. Luneta
Prin rotirea sistemului de prisme, linia de separatie se aduce pe intersectia unor fire reticulare din
campul lunetei. Aceasta este solidara cu un reper care aluneca deasupra unui sector gradat direct
cu indici de refractie (corespunzatori unghiurilor limita respective) permitand citirea directa a
valorii indicelui de re fractive.
Intrucat linia de separatie apare descompusa in culorile spectrului luminii albe si nu se poate
localiza bine, aparatul este prevazut la partea de jos a lunetei cu un compensator de dispersie. In
cazul in care se roteste surubul si se utilizeaza o sursa de radiatie, atunci firele reticulare pot fi
puse la punct dupa ochiul observatorului, prin rotirea ocularului lunetei.
Defect: Fasciculul de fotoni emisi ce interactioneaza cu moleculele lichidului nu poate fi
modificat, iar prin asta pot aparea e rori la masurarea concentratiei probei datorate diferentei
dintre lungimea de unda a luminii si diametrul moleculei. Aceasta lungime de unda trebuie sa fie
mai mica decat diametrul moleculei, in caz contrar, lumina va ocoli particula si nu se va mai
produc e interactiunea cu aceasta, respectiv aflarea concentratiei substantei analizate.

27

Fig 7 – Refractometru
4.4 RMN
Rezonanta magnetică este o metodă de cercetare care se ocupă cu studiul interactie momentelor
magnetice nucleare și electronice cu câmpuri electrice și magnetice și cu tranzitiile care au loc
între nivelele de energie rezultate din aceste interactii.
De la bun început trebuie specificat faptul că în RMN experimentele se realizează pe nucleii
atomilor și nu p e electronii acestora, deci informatia furnizată se referă la pozit ionarea spatială a
acestor nuclei în compusul chimic studiat. Acești nuclei au o proprietate intrinsecă numită spin
dar pentru a explica fenomenologia care se ascunde în spat ele acestei teh nici trebuie să t inem
cont de următoarele considerente fizice.

28
Orice sarcină electrică în mișcare generează în jurul său un câmp magnetic. Același lucru se
întâmplă și în cazul nucleilor (sarcini electric e pozitive) când, datorită rotat iei în jurul propriilor
axe, se generează un câmp magnetic caracterizat prin tr-un moment magnetic µ, proport ional și
de sens opus cu spinul nucleului I. În RMN nucleii de interes sunt acei nuclei care au valoarea
I=1/2 (1H, 13C, 15N, 19F, 31P). Dacă așezăm un nucleu at omic într -un câmp magnetic extern
Bo, atunci vectorul moment magnetic va putea fi paralel (I=+1/2) sa u antiparalel (I= -1/2) cu
direct ia acestui câmp. Trebuie specificat faptul că energia sistemului antiparalel este mai mare
decât energia sistemul ui paralel , iar această diferentă este direct proport ională cu valoarea
câmpului Bo.
Dacă iradiem nuc leul cu un câmp de radiofrecvente RF pe o direct ie transversală câmpului
constant Bo, acest câmp transportând o energie egală cu ∆E, atunci nucleul (spinul) se va ex cita
trecând din starea de energie +1/2 în starea de energie –1/2 caracterizată prin ene rgie mai mare.
Dar cum în condit ii naturale, orice sistem fizic tinde spre o stare de energie cât mai mică acest
nucleu se va relaxa revenind la starea +1/2 și emitând un alt câmp de radiofrecvent e din a cărui
parametri (frecventă) se obtin informat ii despre natura nucleului (pozit ia în moleculă, respectiv
tipul).
Dintre toate me todele fizice, rezonant a magnetică nucleară (RMN) este aceea care oferă cea mai
bogată și com pletă informat ie structurală asupra compușilor organici. Spre deosebire de
spectroscopia IR, în RMN practic toate semnalele sunt interpretabile relativ ușor, iar spre
deosebire de spectroscopia electronică metoda R MN oferă mult mai multe informat ii. În tim p ce
spectroscopia IR sau cele de m asă sunt prea bogate în informat ii, deci greu interpretabile, iar cele
UV-VIZ prea sărace, spectrele RMN, atât cele 1H cât și ce le 13C, contin exact informat ia
necesară, care poate fi pusă în legătură directă c u formula s tructurară a substant ei.

29

În partea introductivă s-a văzut că protonul supus act iunii unui câmp magnetic exterior se
comportă ca un giroscop, axa sa de rotat ie (înclinată cu α=54˚ faŃă de axa câmpului magnetic
exterior) efectuând o mișcare de precesie (“precesie Larmor”) în jurul axei câmpului magnetic
exterior. La frecvent ele uzuale de lucru (60 – 100 MHz) fenomenul RMN poate fi considerat un
fenomen macr oscopic.
În absenta câmpului de radio frecvent ă nucleele echivalente din probă efectuează mișcări de
precesie Larmor cu aceiași frecvent ă, dar în toate faz ele posibile. Aplicarea frecvent ei radio
conduce la “coordonarea” precesiilor tuturor protonilor echi valent i din probă. Numai după
această fazare protonii încep sa -și schimbe spinul, dând semnale RMN . Fenomenul de
coordonare a precesiilor durează (la frecvent ele uzuale RMN) timpi de sutimi sau miimi de
secundă.
Metoda RMN nu poate percepe fenomenele care se produc într -un timp mai scurt decât această
coordonare. De exemplu, un echilibru tautomer foar te rapid nu poate fi sesizat în sensul că nu se
vor distinge semnalele diferite, corespunzătoare celor do uă forma tautomere, ci se va obt ine un
singur semnal, corespunzător unei ecranări medii.

30

Ciclohexanul, 14, prezintă la temperatura camerei un spectru 1H-RMN format dintr -un singur
semnal coresp unzător la 12 protoni echivalent i chimic (datorită trecerilor foarte rapide ale
protonilor ecuatoriali în protoni ax iali prin inversări de conformat ie): Dacă însă se lucrează la
temperaturi foarte scăz ute (-100˚) inversiile conformat ionale devin mult mai lente, fenomenul
încadrându -se în “scala de timp RMN”; ca urmare, în spectr ul RMN se vor sesiza și diferent ia
(prin valori δ caracteristice) protonii ecuatoriali δ=1,6 ppm de cei axiali δ=1,1 ppm.
Fenome nele depen dente de timp influent ează și cuplajele. De exemplu, în spectrul obișnuit al
etanolului, protonul OH nu este cuplat cu protonii vecini al grupei CH2. Această “decuplare” se
poate explica printr -un schimb foarte rapid al protonului hidroxilic într e diferite molecule sub
influent a urmelor catalitice de acizi sau baze existente practic în orice probă. Protonul respectiv
apartine pentru timpi foarte scurt i multor molecule din probă și el sesizează toate aranjamentele
posibile ale spinilor grupei vecine CH2. Înt rucât schimbul protonic amintit este extrem de rapid,
aranjamentele spinilor CH2 dau un efect mediat, observându -se o singură linie RMN. În etanolul
purificat în mod special, în care schimbul de protoni este încetinit, semnalul OH apare însă ca un
triplet.
La înregistrarea spectrului RMN al unor compuși posedând electroni neparticipanti, în prezenta
unor complecși continând metale tranzit ionale (paramagnetice) cu care complexează, semnalele
protonilor probei sunt deplasate fată de pozit ia lor normală . Aceas tă modalitate de influent ă
reciprocă între electroni și spinul nuclear este cun oscută sub denumirea de interact iune de
pseudocontact. Cel mai uzual compus utilizat în acest scop este tris (2,2,6,6 – tetrametilheptan –

31
3, 5- dionato) europiul, numit și tris (dipivaloil – metanato) europiu (prescurtat Eu(DPM)3) care
produce deplasări spre câmpuri mai joase ale protonilor.
Avantajul important al utilizării acestor complecși de lantanide, numit i reactivi de deplasare
chimică, este acela că permite “împrăștierea” semnalelor unui spectru prea complicat, ușurând
mult interpretarea sa. În plus, cuplajele complicate de ordinul de tip ABC se transformă în
cuplaje de ordinul întâi de tip AMX. Pentru molecule de mare complexitate se pot utiliza
succesiv rea ctivi cu europiu și praseodim, putându -se astfel deplasa semnalele pe un domeniu
mult ma i larg. De asemenea trebuie ment ionat că deplasarea chimică necunoscută a unor protoni
dintr -un spectru complex.
Întocmai ca și electronul, protonul efec tuează o mișcar e rapidă de rotat ie în jurul axei sale,
mișcare numită “sp in nuclear ” . Mișcării de rotat ie a protonului (sarcină electrică) i se asociază
moment magnetic de spin. Deși lipsit de sarcină, neutronul prezintă de asemenea un moment
magnetic de spin. Acest fa pt neaștepta t se poate explica prin existent a unei structuri interne
comportând sarcini electrice fract ionare (quark).
Momentul magnetic foarte mic al nu cleelor se poate pune în evidentă prin interact iune sa
cuantificată, cu un câmp magnetic exterior. Vect orul momentului magnetic al nucleului s e
orientează în raport cu direct ia câmpului exterior. Orientarea se cuantifică, în sensul ca proiect ia
momen tului magnetic nuclear pe direct ia câmpului poate avea avea numai anumite valori. În
general momentul magneti c al nucleului poate adopta (2I+1) orientări.
Spre deosebire de nivelele energetice din spectroscop ia optică, în acest caz diferent a de energie
dintre cele două stări este influent abilă din e xterior prin valoarea intensităt ii H a câmpului
magnetic exterior.
Spectroscopia RMN se bazează tocmai pe acest fenomen de trecere de la un nivel energetic pe
altul (simultan cu inversarea spinului în raport cu câmpul magnetic exterior) atunci când nucleul
situat în câmp magnetic e ste iradiat cu o sursa de radia tii electromagnetice de frecvent ă adecvată .
Tranzit ia din orientarea paralel ă în cea antiparalelă este însotită de absorbt ia de energie
electromagnetică.

32
Ecuatia 5 este relatia fundamentală de rezonantă (egalitate a energiei radiatiei absorbite, hv, cu
diferent a de energie ∆E a stărilor nucleului) magnetică nucleară; cu ajutorul ei se poate
determina mărimea frecventei de rezonantă pentru diferiti nuclizi . Factor ul de sensibilitate
relativă fat ă de proton este dat pentru același câmp magnetic exterior și ac elași număr de nuclee.
În penultima colo ană este indicat factorul care t ine seama doar de caracteristicile magnetice
nucleare (moment magnetic nuclear, raport giromagnetic), în timp ce ultim a coloană s -a luat în
consideratie abundent a izotopică naturală.
Prin absorbt ia de energie radiantă s e tinde către egalizarea populat iei celor două niv ele.
Revenirea la echilibru init ial se realizează prin fenomene de relaxare, neradiative, în care se
cedează energia absorbită (d e exemplu sub formă de căldură). Dacă rela xarea se face rapid,
proba continuă să absoarbă energie electromagnetică dar da că relaxarea este lentă, populat iile se
egalizează ușor și absorbt ia de energie (se mnalul) dispare, apărând saturat ia semnalului RMN.
Pentru a putea avea loc inversarea orientării momentului magneti c nuclear, la o anumită
frecventă v a radiat ie electromagnetice, intensitatea H a câmpului magnetic exterior trebuie să
aibă o valoare bine precizată. În mod asemănător, pentru o intensitate de c âmp magnetic dată,
radiofrecvent a trebuie să prez inte o anumită valoare. Instalat ia experimentală RMN trebuie să
realizeze ac est acord între câmp și frecventă, permit ând în același timp declararea absorbt iei
(extrem de mici) de energiei ca re are loc în momentul “rezonantei”. Realizarea e xperient elor de
RMN se poate face fie în aparate de bale iaj în câmp, lucrând la frecvent ă fixă, cum se practică de
obicei, fie î n aparate cu baleiaj de frecvent ă, la câmp magnetic fix.
Proba se introduce în fiola 3 plasată în câmpul magnetic omogen dat de electromagnetul 1,1’
(sau de un magnet permanent ). În scopul uniformizării pozit iei tuturor protonilor în raport cu
câmpul magnetic, proba se rotește în jurul axe i verticale cu circa 20 -30 rotat ii/secundă.
Generatorul 2 produce un câmp de radiofrecvent ă (cu frecven ta constantă v) din care o parte
trece prin bobina 4 iradiind proba iar cealaltă parte se transmite detectorului amplificator 5.
Majoritatea aparatelor 1H -RMN lucrează cu frecvenŃe de 60; 80; 90 sau 100 MHz, deși în
prezent există aparate de rezo luŃie mai mare, lucrând la 220 MHz sau la 360 MHz (care însă
necesită folosirea supraconductorilor, deci răcire cu heliu lichid).

33
Generatorul 10 produce un curent continuu de intensitate crescătoare liniar în timp (curent tip
“dinte de fierăstrău”). Trecâ nd prin bobina 9 acest curent face să crească intensitatea H a
câmpului. La atingerea valorii c ritice, corespunzătoare rezonantei , se produce o inversare a
spinilor nucleari, bobina 4 absorbind un surplus de energie. În acest timp la amplificator ajunge o
energie micșorată, luând naștere un “semnal “ care după o amplificare corespunzătoare este
înregistrat de înregistratorul 6.
Dacă în probă se află mai multe probe de nuclizi diferi nd prin valorile gn și I, conditia de
rezonant ă va fi satisfăcută pe rând, l a diferite câmpuri magnetice, apărând câte un semnal la
fiecare specie de nuclizi. Acest tip de experiment RMN nu prezintă nici un interes pentru chimia
organică, unde în general se cunoaște de la început tipul de nuclid existent în p robă. În funct ie de
structura și de anturajul chimic, unul și același tip de nuclid (de exemplu H) poa te prezenta foarte
mici diferent e în valorile (aparente) ale lui gn.
Datorită efectului de ecranare (v. mai departe) diferit al electronilor de legătură și datorită
orientării diferite a spinilor nucleelor vecine, câmpul local H la nivelul nuclidului respectiv poa te
prezenta foarte mici diferente fat ă de valoarea câmpului exterior. Deci, în realitate , nu gn ci H
prezintă mici abateri de la valoarea câmpulu i exterior. Împingând rezolut ia spre o limită extremă,
prin realizarea unui câmp magnetic intens, d e o perfectă omogenitate în spat iu și constantă în
timp, pr ecum și realizarea unei frecvent e perfect stab ile, se pot sesiza mici diferent e (aparente)
de valo ri gn. Astfel se pot obtine pentru același nuclid (de ex. 1H) o serie de semnale apropiate,
rezultând un spectru RMN extrem de bogat în informat ii asupra structurii compusului investigat.
Unica metod ă care a putut rezolva în condit ii optime această problemă constă în tehnica iradierii
în pulsuri și prelucrarea informat iei prin transformarea Fourier (tehnica “pulse F ourier
transform” PFT). În esent ă ridicarea spectrului constă în iradierea probei cu un puls intens care
acoperă un domeniu de radiofrecvent ă (nu cu o singură radio frecvent ă care măsoară în 1 – 5
minute domeniul deplasărilor chimice, ca în tehnica CW).
Datorită perioadei de 0,5 – 1 secunde, cât durează obt inerea și prelucrarea unui spectru, în câteva
minute se pot înregistra sute de pulsuri, ceea ce duce la un raport semnal/zgomot mult mai ridicat
în cazul spectrelor PFT decât în al celor CW.
Există însă o serie de consecint e ale aplicării meto dei PFT, de care trebuie să se t ină seama:

34
1) concentratia substant ei în probă trebuie astfel aleasă încât raportul între intensi tatea celui
mai intens semnal (acesta provine de obicei din solvent) și al celui mai redus semnal să
nu depășească 2000 (la calculatoarele uzuale cu 12 bit i)
2) relaxarea nucleelor nu se produce cu viteze egale, deci în 0,5 – 1 secundă nuclee nu vor
ajunge s ă se relaxeze, semnalul lor f iind deci mai aproape de saturat ie decât al celor care
s-au relaxat complet. În consecint ă, semnalele nucleelor care se rel axează rapid vor avea
intensităt i mai mari și deci integrala nu mai măsoară numărul relativ de nuclee, d ecât
dacă acestea au timpul de relaxare egal.
În spectroscopie RMN influenta diferit ilor factori experimentali asupra aspectului spectrului este
mai importantă decât în cazul spectroscopiei IR sau UV -VIZ. Dintre acești factor i se amintesc
cei mai important i. Rotirea prob ei în câmpul magnetic supune toti nucleii situat i într -un anumit
mom ent pe un cerc orizontal de sect iune a tubului de probă aceluiași câmp magnetic mediu.
Dacă rotirea probei se face prea lent uniformizarea amintită nu este perfectă și semn alul apare
aplatizat. Rotat ia probei se manifestă în spectru prin aparitia unor “sateliti de rotat ie” (benzi
foarte slabe situate simetric, deoparte și de alta a semnalului la diferente de frecventă egale cu
frecventa de rotat ie a probe i). La viteze prea m ici de rotatie intensitatea satelitilor de rotat ie
crește mult, putând în greuna interpretarea spectrului. Vitezele prea mari de rotat ie nu sunt de
asemenea r ecomandate întrucât scad rezolut ia datorită formării unor vârtejuri în probă.
Viteza de variat ie a câmpului magnetic (în cazul baleiajului de câmp) det ermină forma benzilor
de absorbtie. La viteze mari de variat ie (1 Hz/s) sfârșitul semnalului de rezonant ă este în sfârșit
de “legănări” caracteristice, a c ăror intensitate descrește rapid . Această formă a semnalului RMN
al unui compus etalon es te un indiciu al omogenităt ii câmpului și ea este testate de regulă înainte
de începerea înregistrării spec trului. La viteze mici de variat ie a câmpului magnetic “legănările”
amintite dispar.
Realizarea unei sensibil ităti ridicate în înregistrările RMN est e condit ionată de o valoare ridicată
a raportului s emnal/zgomot de font. Pentru obtinerea unor sensibilităt i mari se lucrează cu probe
relativ concentrate (la zgomot de fond egal intensitatea semnalelor crește prin c reșterea
numărului de molecule absorbante); se începe înregistrarea după un anumit timp de la
introducerea probei în aparat (omogenizarea temperaturii în probă, diminua rea zgomotelor de

35
fond mari init iale) sau se utilizează dispozitive de “acumulare a spec trelor”, prin parcurgerea lor
repetată.
Probele spectrale RMN se pregătesc de regul ă sub formă lichidă sau de solutie. În aceste cazuri
se obtin spectre de înaltă rezolut ie, căci moleculele se mișcă liber schi mbându -și orientarea cu
frecvente mai ridicate decât frecventa radiat iei radio absorbite. Pentru o probă obișnuită su nt
necesare 50 – 100 mg substantă care se dizolvă în solventi adecvati, realizându -se solutii de
concentrat ie de la 10 – 15%. În cazul unor probe foarte mici se poate lu cra în microcuve (volum
de solut ie cca. 15µl) sau se pot utiliza anexele de acumu lare ale spectrelor. La substant e lichide
de mică vâscozitate se poate lucra și f ără solvent (adică la concentrat ii de 100%).
RMN -ul nu este o procedură 100% sigură, deși nu implică utilizare a de radiație ionizantă. Așa
cum s -a specificat și în filmul de mai sus, câmpurile magnetice puternice și pulsurile de
radiofrecvență pot afecta buna funcționare a pacemaker -elor sau pot încălzi anumite implanturi
metalice. Un alt pericol major care nu a f ost prezentat în film constă în așa -numitul "efect
proiectil". Materialele feromagnetice sunt supuse unor forțe puternice în interiorul câmpului
magnetic static, astfel că obiecte precum legăturile de chei pot deveni arme mortale. Puterea
câmpului magnetic și a radiației electromagnetice sunt mult sub nivelurile dăunătoare. Totuși, ca
o precauție, în mod normal nu se efectuează scanări RMN pe perioada sarcinii.
Ca o concluzie, avantajele imagisticii prin rezonanță magnetică sunt o rezoluție spațială
excelen tă a imaginilor, o diferențiere excelentă între diferitele tipuri de țesuturi (de pildă, materia
cenușie poate fi deosebită de materia albă la nivelul creierului), absența radiației ionizante,
posibilitatea de a obține imagini de -a lungul unor secțiuni ori entate în orice plan. Printre
dezavantaje se numără costul ridicat al echipamentelor și cel aferent întreținerii acestora, viteza
mică de desfășurare a procedurilor de scanare, dar și faptul că anumite categorii de pacienți (de
exemplu cei care au montat u n pacemaker) nu sunt eligibili pentru acest tip de investigație.

4.5 COMPUTERUL TOMOGRAF
Prin tomografia computerizata cu raze X se furnizeaza imagini ale unor sectiuni
transversale/axiale ale regiunilor in studiu, pe baza unor algoritmi matematici de reconstructie a
imaginii. Sursele de radiatie X sunt dispuse circular in jurul pacientului. R azele devin emergente
dupa ce traverseaza tesuturile si sunt captate de un sistem de detectoare inelar.

36
Sistemul de tomografie computerizata este compus din: surse de raze X, detectoare si un sistem
computerizat de reconstructie a imaginii. Detectoarele p ot fi: cu cristale fotomultiplicatoare si
scintilatie sau semiconductoare.
Modalitatie de achizitie a imaginii pot fi: achizitie sectiune cu sectiune sau CT spiral, acesta din
urma fiind preferat deoarece scade foarte mult timpul de achizitie. In continua re voi detalia
reconstructia imaginii tomografice.
Unui element de volul (voxel) din sectiunea de studiat ii corespunde un element de suprafata
(pixel) in imaginea tomografica. Fiecarui voxel i se asociaza un numar tomografic (o unitate
Hounsfield), propo rtional cu gradul de atenuare a radiatie X dupa ce a strabatut volumul
respectiv. Luminozitatea pixelului din imaginea reconstruita este proportionala cu numarul de
unitati Hounsfield corespunzatoare voxelului.

Utilizarea substantelor de contrast imbunatateste rezolutia imaginilor, creste numarul de unitati
Hounsfield corespunzatoare in zonele unde substanta de contrast a ajuns in cantitate mai mare,
adica in zonele cu vascularizatie abundenta.

37

Tubul Rontgen ( Rx):
Majoritatea tuburilor Rx poseda doua filamente, unul fin si unul grosier. Cel fin este folosit
atunci cand se vrea obtinerea de mici zone focalizate, iar pentru zonele mai mari se utilizeaza
filamentul grosier, ce are avantajul ca se pot utiliza dife rente de potential mai mari decat in
primul caz, dar aceste zone au margini neclare.
Anodul tubului Rx trebuie condtruit dintr -un material cu Z mare. De asemenea, materialul
anodului trebuie sa aiba un punct de topire cat mai mare ppentru a putea rezista l a calduri mari ce
se degaja in urma procesului. Caldura degajata in anod este atat de mare inca sunt necesare
masuri suplimentare, adica anodul se roteste mereu pentru a o disipa. Acesta este montat pe un
ax din material slab conductibil.
Andul nu este pe rfect orientat perpendicular pe fascicolul electronic, ci este inclinat sub un unghi
intre 7 si 20 de grade. Scopul acestei orientari este de a reduce imprastierea geometrica a zonelor
de impact al electronilor pe anod. Astfel, marimea proiectiei fascicolu lui pe anodul incideent al
zonei de impact va fi ma i mica decat aria fascicolului.

38
Pentru a putea produce radiatii X pentru uz medical (diagnostic) este necasar sa aplicam tenziuni
in scala de 20 – 150 kV intre anodul si catodul unui tub Rx. Aceasta tensiune poate fi obtinuta de
la o sursa de 110V, 220V sau 440V.

Un transformator de i nalta tensiune si un redresor sunt neceare pentru obtinerea tensiunilor mari,
continue, ce se aplica la capetele tubului. In cadrul sistemelor Rx de putere joasa, redresarea din
curent alternativ in cel continuu se poate face chiar in tubul rx, deoarece electronii vor circula
intre catodul inclzit si anod doar in momentul in care ratodul devin de negativ, iar anodul pozitiv.
Exista riscul ca prin incalzire, atunci cand anodul devine negativ, acesta sa fie emitator de
electroni iaar acestia sa fie atrasi de f ilamentul catodului, cand e pozitiv. Un astfel de moment
poate duce la deteriorarea tubului Rx.
Radiatiile X produse vor traversa corpul uman (proba) si ajung la receptor. Pentru a controla
expunerea la radiatiile Z se utilizeaza senzori ce determina momentul in care receptorul de
imagine, adica un ecran f luorescent, a primit expunerea optima. Acest senzor este cunoscut dre pt
fototimer si contra intr -o camera de ionizare interpusa pe directia fascicolului de raze X. Atunci
cand o anume cantitate de ionizare prestabiliata a fost realizata in interiorul camerei d eionizare,
se transmite un semnal tubu lui Rx pentru a termina expunerea.
In cadrul imagisticii, radiatia X consta in inregistrarea acesteia dupa ce a strabatut corpul uman.
Aceasta va fi atenuata la trecerea prin corp, atenuarea depinzand de proprietatile locale are
corpului, mai exact este caract erizata de densitatea fizica a ediului si de numarul ato mic Z al
tesutului. Atenuarea mai depinde si de grosimea si de energia fascicolului de raze X.

39
Atenuarea radiatiei X la transmiterea printr -un tesut se datoreaza interactiilor cu atomii tesutului
respectiv. In functie de energia fascicolului X initial, interactiunea cu substanta poate fi de 4
tipuri: imprastiere coerenta , efect fotoelectr ic, efect Compton si formarea de perechi electron –
pozitron.
Detectorul de radiatie X folosit pentru CT efectueaza conversia semnalului X intr -un semnal
electric. Fotonii interactioneaza cu gazul la pr esiune mare din interiorul camerei si creaza ioni
separati ulterior de diferenta de potential apli cata. Exista si detectori bazati pe interactia radiatiei
X cu un cristal scintiator, unde lumina cade pe un fotocatod si se emit electroni mu ltiplicati apoi
prin diferente de potential succesive. O alta metoda de reducere a radiatiei imprastiate este
utilizarea unui strat de aer intre pacient si receptor. Radiatia imprastiata va iesi singura din
fascicolul central de radiatii X.
Tomografia computerizata a reprezentat o revolutie in domeniul imagisticii medicale. Pana
atunci tehnicile imagistice, precum radiografia, realizau doar proiectia simpla a corpului
pacientului pe un film/detector. C tul foloseste multiple proiectii ale corpului, proiectii planare
recombinate matematic prin intermediul computerului, cu scopul de a furniza imagini ale unor
sectiuni prin corpul respectiv.
In timp ce radiografia simpla dadea o imagine insumata a proprietatilor corpului traversat, C tul
este capabil sa discrimineza spatial corpul investigat, deci proprietatile spatiale diferite ale
corpului puteau fi acum lo caliz ate. De vreme ce un computer este absolul necesar pentru a
furniza iamgini de tip sectiune, tehnica a fost denumita tomografie computeri zata.
Aceasta a fost prima modalitate imagistica complet electronica -digitala si chiar daca este
recunoscuta ca denumire a investigatiei medic ale ce utilizeaza radiatia X pentru diagnostic,
principiul tomografic s -a aplicat ulterior si al tor principii iamgistice, cum ar fi rezonanta
magnetica sau infr asunetele. Cu ajutorul C Tului este posibil ca din sectiunile transversale sa se
reconstruiasca sectiuni coronare si sagi tale, rezolutia acestora fiind inferioara celor transversale.
Rezolutia ridicata a CT de ultima generatie face posibila reconstructia 3D cu mare fidelitate, din
sectiuni 2D.
Computerele tomografe au fost introduse in anii `70, iar pe parcursul timpului au avut parte de
imbunatatiri, astfel distingem cateva etape in evolutia tehnica a acestora. Prima generatie folosea

40
un fascicol paralel cu raze X si un singur detector care efectuau miscari sincrone de translatie si
rotatie. Dupa ce miscarea de translatie se efectua de -a lungul corpului investigat, sistemul sursa –
detector se rotea cu 1 grad la fiecare scanare. Timpul necesar obtinerii de proiectii pentru
reconstructia unei sectiuni era de cateva minute.
A doua etapa in evolutia CT se caracteriza prin utilizarea de fascicole X sub forma de evantai.
Numarul de detectori a crescut, iar numarul miscarilor de rotatie a scazut, conducand la un timp
de scanare de aproximativ 20 de secunde .
Etapa a treia folosea fascicole divergente cu deschideri mari, suficiente pentru a acoperi intreg
obiectul examinat. Se elimina astfel miscarea de translatie in urma careia o sect iune putea fi
achizitionata in maxim 3 secunde.
Ultima generatie vine cu introducerea unui ineg de detectori ficsi, aproximativ 600 det ectori , iar
rotatia este facuta doar de generatorul de radiatie. Viteza marita a acestor scanere permite
obtinerea de informatii foarte rapid , facand posibila surprinde rea proceselor fiziologice in timp
real.
In continuare voi adauga cateva cuvinte despre tipurile de CT. Unul dintre acestea este
computerul tomograf multisectiune ce e ste compus din mai multe inele fixe de detectori,
aproximativ 64 de in ele ce pot ajunge la 4 rotatii/secunda. Aceste modele au o rezolutie a
voxelului izotropica de 0.35 mm, cu o scanare pe axa Z de 16cm/sec.
Compute rul tomograf spiralat, cunoscut si sub denumirea de elicoidal, are un sistem de detectori
dispus pe un inel fix, unde are loc ro tatia tubului X. Aceasta are o miscare continua in timp ce
masa impreuna cu pacientul au o miscare lenta de translatie. Relativ la pacient, sistemul format
din tubul de radiatii X si detector au o miscare spiralata.
Proiectia unei felii scanate nu va fi situata intr -un plan, de aceea se folosesc algoritmi de
interpolare. Acest tip de geometrie permite acumularea rapida de date din multiple sectiuni si cu
o rezolutie superioara in planul perpendicular pe sectiunea originala.
Rezultatul obtinut dupa r econstructia imaginii cons ta intr -o matrice de numere stocate in
memoria calculatorului. Fiecare numar va fi proportional cu coeficientul de atenuare a radiatiei X

41
proprie fiecarul voxel din regiunea investigata, pozitia aces tor voxeli fiind bine definita in
memoria computerului.

42
CONCLUZII
Dispozitivele medicale reprezintă un domeniu foarte larg incorporând majoritatea produselor
medicale care nu -și ating scopul prin metode chimice (exemplu: substanțe farmaceutice) sau
biologice (exemplu: vaccinurile) și nu implică metabolismul.
Un dispozitiv medical este folosit în:
– Diagnoza unor boli sau alte afecțiuni ale funcțiilor fiziologice.
– În tratarea, atenuarea sau prevenirea bolilor.
Câteva exemple sunt pace -makerele, pompele de infuzie, aparatul cord-pulmon, aparate de
dializă, organe artificiale, implanturi, membre artificiale, lentile corective, implanturi cohleare,
proteze oculare, proteze de reconstrucție facială și implanturi dentare.
Stereolitografia este un exemplu de tehnică folosită pent ru realizarea matrițelor de creare a
obiectelor medicale. În afară de crearea modelelor organelor sau ale corpului uman sau crearea
dispozitivelor medicale tehnicile inginerești sunt folosite și pentru cercetarea și dezvoltarea de
noi aparate pentru terapi i inovative, tratamente, monitorizare a pacientului și diagnosticarea
timpurie a maladiilor complexe.
Ingineria clinică este o ramură a bioingineriei medicale care se ocupă cu implementarea
echipamentelor medicale și a tehnologiilor în spitale și clinici. Rolul principal al bioinginerilor
din acest domeniu de activitate este cel de a antrena și superviza tehnicienii care lucrează cu
aparatura medicală, dar și de a alege produsele/serviciile și de a asigura instalarea și folosirea lor
adecvată prin colaborar ea cu oficiali guvernamentali (inspectori), oferire de consultanță
specializată pentru alți membrii ai structurii spitalului (medici, administratori, specialiști IT).
Bioinginerii trebuie de asemenea să se consulte cu producătorii de dispozitive medicale în
vederea îmbunătățirii dispozitivelor bazându -se pe experiența clinică, dar și să urmărească
progresul tehnologic astfel încât să prevină îmbătrânirea morală a dispozitivelor medicale.

43
Bibliografie:
Evaluarea preoperatorie morfologica si functionala a arterei radiale – I. Moraru, V. Raicea –
UMF Targu Mures 2011
Particularitati epidemiologice si terapeutice a malformatiilor cardiac critice – R. Toganel, a.
Sglimbea – UMF Targu Mures 2011
Fotobiologie, curs – UMF Carol Davila Bucuresti 2015
Efectele uno r factori fizici utilizati in terapie, curs – UMF Carol Davila 2015
Procedee terapeutice bazate pe factori fizici, curs – UMF Carol Davila 2015
Bazele fizice ale imagisticii medicale, curs – UMF Carol Davila 2010
Traductoare, curs – UMF Carol Davila 2010
http://www.sfatulmedicului.ro/arhiva_medicala/dispozitive -medicale
https://www.scribd.com /doc/45318002/Citometrie -in-Flux#scribd
https://ro.wikipedia.org/wiki/Bioinginerie_medicală