ΙΑΤΡΙΚΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΑΘΗΝΩΝ (ΕΚΠΑ) ΚΑΤΑΤΑΚΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΚ.ΕΤΟΥΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

Transcript

1 ΙΑΤΡΙΚΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΑΘΗΝΩΝ (ΕΚΠΑ) ΚΑΤΑΤΑΚΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΚ.ΕΤΟΥΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΜΑ 1 ο Περιγράψτε τη μικρή (πνευμονική) κυκλοφορία και τη μεγάλη (συστηματική) κυκλοφορία στο υπόλοιπο σώμα. Βασικά, η καρδιά είναι μία μικρή αντλία που παρέχει τη δύναμη που χρειάζεται να ασκηθεί στο αίμα για να κυκλοφορήσει μέσω δύο κύριων κυκλοφορικών συστημάτων: τη μικρή κυκλοφορία στους πνεύμονες και τη μεγάλη (συστηματική) κυκλοφορία στο υπόλοιπο σώμα. Το αίμα σε υγιή ενήλικο κυκλοφορεί πρώτα στο ένα σύστημα, πριν αντληθεί από το άλλο τμήμα της καρδιάς στο δεύτερο σύστημα. Ας ξεκινήσουμε θεωρώντας ότι το αίμα βρίσκεται στο αριστερό τμήμα της καρδιάς και ας ακολουθήσουμε την κυκλοφορία του κατά μήκος ενός πλήρους κύκλου. Το αίμα διοχετεύεται λόγω της συστολής των καρδιακών μυών από την αριστερή κοιλία σε ένα σύστημα αρτηριών, οι οποίες διακλαδώνονται σε όλο και μικρότερες αρτηρίες (αρτηρίδια) και τελικά σε ένα πολύ λεπτό δίκτυο αγγείων, το οποίο καλείται τριχοειδικό σύστημα. Κατά τη διάρκεια των λίγων δευτερολέπτων που το αίμα βρίσκεται στο τριχοειδικό σύστημα, παρέχει στα κύτταρα και απομακρύνει από αυτά το.

2 Αφού διέλθει από το τριχοειδικό σύστημα, το αίμα συλλέγεται από μικρές φλέβες (φλεβίδια), τα οποία σταδιακά ενώνονται και σχηματίζουν τις μεγαλύτερες φλέβες, πριν εισέλθει στο δεξί τμήμα της καρδιάς, μέσω των δύο κύριων φλεβών της άνω κοίλης φλέβας και της κάτω κοίλης φλέβας. Το αίμα που επιστρέφει στιγμιαία αποθηκεύεται στον δεξιό κόλπο και κατά τη διάρκεια ασθενούς συστολής το αίμα ρέει προς τη δεξιά κοιλία. Στην επόμενη κοιλιακή συστολή το αίμα διοχετεύεται μέσω των πνευμονικών αρτηριών στο τριχοειδικό σύστημα των πνευμόνων. Στους πνεύμονες το αίμα προσλαμβάνει περισσότερο και μέρος του διοχετεύεται στον αέρα που βρίσκεται μέσα στους πνεύμονες και που πρόκειται να εκπνευστεί. Το οξυγονωμένο αίμα άγεται μέσω των κύριων φλεβών από τους πνεύμονες στον αριστερό κόλπο. Μετά, με μία ασθενή κολπική συστολή το αίμα διοχετεύεται προς την αριστερή κοιλία. Κατά την επόμενη καρδιακή συστολή, το αίμα διοχετεύεται και πάλι από την αριστερή πλευρά της καρδιάς στη μεγάλη κυκλοφορία.

3 ΘΕΜΑ 2 ο Περιγράψτε τα βασικά σημεία της χαρακτηριστικής καμπύλης του film. Ποια η σημασία της κλίσης του γραμμικού τμήματος της καμπύλης και ποια η σημασία του εύρους τιμών της έκθεσης. (δώστε σχήμα) Για το σχήμα της χαρακτηριστικής καμπύλης του film: Ευάγγελος Γεωργίου, Ιατρική Φυσική: Διαγνωστικές & θεραπευτικές εφαρμογές των ακτινοβολιών, 2 η έκδοση (επίτομο), σελ. 221, Σχήμα 8. Η χαρακτηριστική καμπύλη του film είναι η καμπύλη της οπτικής πυκνότητας του film σε σχέση με τον λογάριθμο της έκθεσης που ακτινοβολήθηκε. Το film πριν την ακτινοβόληση έχει σε όλη την επιφάνειά του ομοιόμορφη αμαύρωση (O.D. < 0,2), που οφείλεται στη φυσική αδιαφάνεια της βάσης (ως υλικό παρουσιάζει κάποια απορρόφηση στο φως) και ονομάζεται ομίχλωση βάσης. Η ομίχλωση οφείλεται σε κάποιους κόκκους AgBr του film, οι οποίοι, παρότι δεν έχουν ακτινοβοληθεί, αντιδρούν με τα υγρά εμφάνισης και προκαλούν αμαύρωση. Η ομίχλωση βάσης εξαρτάται από τον χρόνο και τις συνθήκες φύλαξης του film. Η περιοχή αριστερά από το Α ονομάζεται κατώφλι και η οπτική της πυκνότητα έχει χαμηλή τιμή (ουσιαστικά το film δεν αμαυρώνεται πέραν της ομίχλωσης βάσης). Η περιοχή δεξιά από το Δ ονομάζεται ώμος ή πλατό διότι επιπλέον αύξηση της έκθεσης δεν επιφέρει επιπλέον αμαύρωση (έχει επέλθει κορεσμός). Μόνο στην περιοχή μεταξύ των σημείων Β και Γ η σχέση μεταξύ O.D. και (λογαρίθμου της) έκθεσης είναι γραμμική (ανάλογη).

4 Η κλίση της γραμμικής περιοχής της καμπύλης που ορίζουν τα σημεία Β και Γ ονομάζεται αντίθεση του film. Όταν η κλίση είναι μεγάλη, δύο περιοχές του film με μικρή διαφορά έκθεσης θα έχουν σημαντική διαφορά στην οπτική πυκνότητα. Αντίθετα, όταν η κλίση είναι μικρή, δύο περιοχές με μικρή διαφορά έκθεσης θα έχουν μικρή διαφορά στην οπτική πυκνότητα. Το εύρος των τιμών της έκθεσης που περικλείονται από τα σημεία Α και Δ ονομάζεται εύρος του film και είναι φανερά αντιστρόφως ανάλογο της αντίθεσης. Δηλαδή, μεγάλο εύρος συνεπάγεται μικρή αντίθεση. Η επιλογή του film που χρησιμοποιούμε εξαρτάται από τη δομή που θέλουμε να απεικονίσουμε. Αν για παράδειγμα, η δομή είναι σχετικά ομοιογενής, τότε το εύρος των τιμών της έκθεσης θα είναι μικρό όπως και οι διαφορές της. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να απεικονίσουμε μια κύστη με υγρό μέσα στο σώμα του ασθενούς. Η διαφορά στους ατομικούς αριθμούς (κύστη, σώμα~νερό) είναι σχεδόν αμελητέα. Η εξασθένιση που προκαλεί στην ακτινοβολία η κύστη είναι σχεδόν η ίδια με αυτή που προκαλεί το σώμα. Συνεπώς, η τιμή της έκθεσης του film από την περιοχή της κύστης θα διαφέρει ελάχιστα από την τιμή της έκθεσης από την περιοχή του υπολοίπου σώματος. Για να απεικονιστεί η κύστη, θα επιλέξουμε film με μεγάλη αντίθεση, ώστε να ενισχυθούν στην εικόνα οι ασήμαντες διαφορές.

5 ΘΕΜΑ 3ο Κατά τη μετάδοση ηχητικού κύματος στους υπερήχους, ποια από τα ακόλουθα στοιχεία είναι διαφορετικά για το προσπίπτον και το διαδιδόμενο κύμα: συχνότητα, μήκος κύματος, ταχύτητα διάδοσης, ένταση και πλάτος πίεσης. Γιατί κατά τη γνώμη σας στην ιατρική διαγνωστική χρησιμοποιούνται υπέρηχοι με συχνότητες 1-50 ΜHz; Κατά τη μετάδοση ηχητικού κύματος στους υπέρηχους: α. Η συχνότητα του διαδιδόμενου κύματος είναι ίδια με τη συχνότητα του προσπίπτοντος κύματος, γιατί η συχνότητα του ηχητικού κύματος είναι η συχνότητα της πηγής. β. Η ταχύτητα διάδοσης του διαδιδόμενου κύματος είναι γενικά διαφορετική από την ταχύτητα διάδοσης του προσπίπτοντος κύματος. γ. Το μήκος κύματος του διαδιδόμενου κύματος είναι γενικά διαφορετικό από το μήκος κύματος του προσπίπτοντος κύματος (όταν η ταχύτητα διάδοσης του διαδιδόμενου κύματος είναι διαφορετική από την ταχύτητα διάδοσης του προσπίπτοντος κύματος). δ. Η ένταση του διαδιδόμενου κύματος είναι γενικά διαφορετική (μικρότερη) από την ένταση του προσπίπτοντος κύματος (όταν το αρχικό μέσο διάδοσης και το τελικό μέσο διάδοσης έχουν διαφορετική ακουστική εμπέδηση, δηλαδή όταν μέρος του προσπίπτοντος κύματος ανακλάται). ε. Το πλάτος πίεσης του διαδιδόμενου κύματος είναι γενικά διαφορετικό από το πλάτος πίεσης του προσπίπτοντος κύματος (όταν το αρχικό μέσο διάδοσης και το τελικό μέσο διάδοσης έχουν διαφορετική ακουστική εμπέδηση).

6 Συνοψίζοντας, τα στοιχεία που είναι γενικά διαφορετικά για το προσπίπτον και το διαδιδόμενο ηχητικό κύμα είναι τα εξής: ταχύτητα διάδοσης, μήκος κύματος, ένταση, πλάτος πίεσης. Το μέγεθος ενός αντικειμένου που είναι ικανό να ανακλά τον ήχο εξαρτάται από το μήκος κύματος, δηλαδή τη συχνότητα του ηχητικού κύματος. Αν ένα αντικείμενο είναι πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος του ηχητικού κύματος, δεν θα ανακλάσει τον ήχο. Αντίθετα, τα μεγαλύτερα αντικείμενα είναι πολύ καλύτεροι ανακλαστές. Επομένως, η χωρική διακριτική ικανότητα της απεικόνισης με υπερήχους εξαρτάται άμεσα από το μήκος κύματος του κύματος. Στην ιατρική διαγνωστική χρησιμοποιούνται υπέρηχοι με συχνότητες 1-50 ΜHz, γιατί σε αυτές τις συχνότητες αντιστοιχούν μήκη κύματος της τάξης του mm και επομένως μπορούν να ανακλαστούν από δομές αντίστοιχων διαστάσεων, με αποτέλεσμα και η χωρική διακριτική ικανότητα της τεχνικής να είναι αντίστοιχη (της τάξης του mm), με δεδομένο ότι οι δομές που μας ενδιαφέρουν από διαγνωστική άποψη έχουν διαστάσεις της τάξης του mm ή μεγαλύτερες.

7 ΘΕΜΑ 4ο Θεωρείστε δύο δέσμες ιοντίζουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας Ε1 και Ε2 που προσπίπτουν στο ίδιο υλικό με Ε1<Ε2. Ποια από τις δύο δέσμες έχει μικρότερο πάχος υποδιπλασιασμού; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. Η εξασθένιση ιοντίζουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε ένα υλικό περιγράφεται από τον εκθετικό νόμο εξασθένισης της ακτινοβολίας, ο οποίος ισχύει για λεπτή παράλληλη μονοενεργειακή δέσμη ιοντίζουσας ακτινοβολίας: όπου: : ένταση ιοντίζουσας ακτινοβολίας που προσπίπτει στο υλικό : πάχος του υλικού : ένταση ιοντίζουσας ακτινοβολίας που εξέρχεται από πάχος του υλικού : γραμμικός συντελεστής εξασθένισης του υλικού Το πάχος υποδιπλασιασμού ορίζεται ως το πάχος του υλικού που πρέπει να παρεμβληθεί ώστε να ένταση της εξερχόμενης ακτινοβολίας να είναι η μισή από την ένταση της προσπίπτουσας και δίνεται από τη σχέση: Η τιμή του γραμμικού συντελεστή εξασθένισης εξαρτάται από την ενέργεια Ε του κάθε φωτονίου της προσπίπτουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, από τον ατομικό αριθμό Ζ του υλικού και από την πυκνότητα ρ του υλικού.

8 Υποθέτοντας ότι οι δύο δέσμες είναι λεπτές και παράλληλες εκτός απλο μονοενεργειακές και εφόσον προσπίπτουν στο ίδιο υλικό αλλά έχουν διαφορετικές ενέργειες, ο παράγοντας που θα επηρεάσει τη διαφορά στην τιμή του γραμμικού συντελεστή εξασθένισης είναι η εξάρτηση του από την ενέργεια του κάθε φωτονίου. Η δέσμη μικρότερης ενέργειας Ε1 θα έχει μεγαλύτερο γραμμικό συντελεστή εξασθένισης. Εφόσον δε το πάχος υποδιπλασιασμού είναι αντιστρόφως ανάλογο του γραμμικού συντελεστή εξασθένισης, η δέσμη μικρότερης ενέργειας Ε1 θα έχει μικρότερο πάχος υποδιπλασιασμού.