Universidad Nacional de Villa Mercedes Facultad de Ciencias Médicas Lic. en Kinesiología y Fisiatría

Transcripción

1 Universidad Nacional de Villa Mercedes Facultad de Ciencias Médicas Lic. en Kinesiología y Fisiatría

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3 ONDAS DEFINICION: Propagación de una perturbación (fenómeno ondulatorio) Propiedad de un medio, (densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético), a través de dicho medio. Implica transporte de energía sin transporte de materia.

4 Ondas 07/11/ Bioingeniero Marco De Nardi

5 Clasificación En función del medio en el que se propagan: Mecánicas Electromagnéticas Gravitacionales En función su propagación o frente de onda: Unidimensionales Bidimensionales Tridimensionales o esféricas En función de la dirección de la perturbación: Longitudinales Transversales 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 5

6 Ondas Mecánicas Una onda mecánica es una perturbación de las propiedades mecánicas de un medio material (posición, velocidad y energía de sus átomos o moléculas) que se propaga en el medio. Todas las ondas mecánicas requieren: Alguna fuente que cree la perturbación. Un medio en el que se propague la perturbación. Algún medio físico a través del cual elementos del medio puedan influir uno al otro. El sonido es el ejemplo más conocido de onda mecánica, que en los fluidos se propaga como onda longitudinal de presión. Por otra parte, las ondas electromagnéticas no son ondas mecánicas, pues no requieren un material para propagarse, ya que no consisten en la alteración de las propiedades mecánicas de la materia (aunque puedan alterarlas en determinadas circunstancias) y pueden propagarse por el espacio libre (sin materia). 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 6

7 Ondas Electromagnéticas Las tres características principales de las ondas que constituyen el espectro electromagnético son: 1- Frecuencia ( f ) A.- Onda senoidal de un ciclo o hertz (Hz) por segundo. B.- Onda senoidal de 10 ciclos o hertz por. segundo. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 7

8 Ondas Electromagnéticas 2- Longitud de Onda (λ) λ = Longitud de onda en metros. c = Velocidad de la luz en el vacío ( km/seg). f = Frecuencia de la onda en hertz (Hz). 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 8

9 Ondas Electromagnéticas 3- Amplitud ( A ) La amplitud constituye el valor máximo que puede alcanzar la cresta o pico de una onda. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 9

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11 Espectro Electromagnético LONGITUD DE ONDA FRECUENCIA ENERGIA TEMPERATURA 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 11

12 Espectro Electromagnético Zona Visible 07/11/ Bioingeniero Marco De Nardi

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14 Lic.Cornaglia Frasinelli Fabrizio

21 Espectro Electromagnético Radiación Ionizante No Ionizante 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 21

22 Radiación Como su nombre lo indica las radiaciones ionizantes son agentes que, emitidos por distintas fuentes, son capaces de producir la ionización de la materia. Sin generación de imágenes Determinaciones radioisotópicas "in vitro" (radioinmunoensayo). Fines diagnósticos Determinaciones radioisotópicas "in vivo" (curva de captación de I 131 ). Determinaciones radioisotópicas "in vivo", supervivencia eritrocitaria. Con generación de imágenes Radiología convencional y contrastada. Tomografía computarizada. Tomografía helicoidal. Fines terapéuticos Dosis terapéuticas de I 131 para el tratamiento del hipertiroidismo. Dosis terapéuticas de I 131 para el tratamiento del carcinoma de tiroides. Dosis terapéuticas de Sr 89 para el tratamiento del dolor. Investigación Seguimiento de moléculas marcadas. Estudio de permeabilidad de las membranas. Determinaciones radioisotópicas "in vivo", determinación de la masa globular. Centellografía. Radioterapia externa con fuentes de Co 60. Determinaciones radioisotópicas "in vivo", estudios ferrocinéticos. Gammagrafía plana. Terapia con Rayos X. Gammagrafía rotatoria (SPECT). Tomografía por emisión de positrones (PET). Terapia con partículas aceleradas (aceleradores circulares y lineales). 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 22

23 Radiación Estructura atómica modelo de Bhör Isótopos 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 23

24 Energía de las órbitas electrónicas. Cuando un electrón salta desde una órbita a otra más interna pasa a un nivel energético inferior. El "exceso de energía" es liberado en forma de una radiación electromagnética, característica del salto realizado. Si la energía liberada es mayor de 100 ev, la radiación recibe el nombre de rayos X. Si la energía es menor de 100 ev. Tenemos rayos ultravioletas, visibles o infrarrojos, de acuerdo a la magnitud del salto. N= Orbita de valencia K= Orbita de menor energía Radiación 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 24

25 Radiación Unidades de masa y energía Protones y Neutrones tienen masas = kg. Se define una unidad llamada unidad de masa atómica (UMA). UMA = doceava parte de la masa del carbono UMA = 1, g. Las masas de las principales partículas, expresadas en UMA son: protón = 1,00727 UMA neutrón = 1,00866 UMA electrón = 0,00055 UMA 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 25

26 Radiación Equivalencia entre masa y energía La unidad de energía más utilizada a nivel atómico es el electronvolt (ev). Un ev es la energía que adquiere un electrón al ser sometido a una diferencia de potencial de 1 volt. Se utilizan también sus múltiplos: kiloelectronvolt (KeV=10 3 ev) megaelectronvolt (MeV=10 6 ev). E=m.c 2 1 UMA = 931 MeV Esta igualdad se conoce como equivalente masa-energético. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 26

27 Concepto de radiactividad Radiación Los isótopos de un elemento se pueden clasificar en isótopos estables y en isótopos inestables o radiactivos. En estos últimos la estructura del núcleo es de naturaleza tal que tiende a modificarse espontáneamente, con liberación de materia o energía, fenómeno genéricamente conocido como radiación. Concepto de actividad tiempo medio radiactivo. Proceso que sufre un isotopo inestable, caracterizado por una profunda transformación de su estructura, asociada a la emisión de algún tipo de radiación. Ocurre al azar 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 27

28 Radiación Concepto de actividad tiempo medio radiactivo. Proceso que sufre un isotopo inestable, caracterizado por una profunda transformación de su estructura asociada a la emisión de algún tipo de radiación. Ocurre al azar pero la fracción del total de isotopos que se desintegra en la unidad de tiempo es constante, para un isótopo dado. Llamamos desintegración al proceso que sufre un átomo al emitir radiación lo que transforma profundamente su estructura. Llamamos fuente radiactiva a una cierta masa (un cierto número de átomos) de un isótopo radiactivo. La actividad de una fuente es el número de desintegraciones nucleares (N) que se producen en la unidad de tiempo. Esta actividad es evidentemente proporcional al número de átomos radiactivos presentes. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 28

29 Radiación Concepto de actividad tiempo medio radiactivo ( T 1/2 ) El tiempo necesario para que una fuente disminuya su actividad a la mitad se llama tiempo medio radiactivo. Los isótopos radiactivos pueden ser de vida media muy variable. Hay algunos, como el Arsenio 74 que reducen su actividad a la mitad en unos pocos minutos, mientras que otros, como el carbono 14, poseen un período medio de vida que dura varios años. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 29

30 Radiación Ley de desintegración radiactiva donde: A 0 = actividad de una fuente a tiempo cero (t 0 ) A t = actividad que queda después de un tiempo t λ =constante de desintegración radiactiva e =base de los logaritmos neperianos t =tiempo A = A 0.e -λt La constante de desintegración radiactiva puede definirse como la probabilidad que tiene un átomo del radioisótopo considerado de desintegrarse en la unidad de tiempo. Su unidad es la inversa de un tiempo. Aplicando logaritmos naturales a ambos términos tenemos: T 1/2 =0,693/λ Es decir, que conociendo la constante de desintegración radiactiva es fácil calcular el T 1/2R 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 30

31 Radiación Unidades de medida de la desintegración radioactiva. Curie = 3,7x10 10 desint/seg Becquerel= 1 desint/seg. La actividad de una fuente no nos dice nada sobre la naturaleza de la radiación emitida y sólo nos indica el número de desintegraciones que se producen en la unidad de tiempo. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 31

32 Radiación Radiaciones Al desintegrarse, un átomo radiactivo, puede emitir diferentes tipos de radiaciones. Las principales son las partículas alfa, las partículas beta y los rayos gamma. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 32

33 Radiación Las partículas alfa (α) Cada partícula alfa está formada por 2 protones y por 2 neutrones; Son partículas cargadas positivamente. Son emitidas con una energía característica del elemento, es decir son monoenergéticas (entre 2 y 8 MeV). Penetran muy poco, pero tienen gran poder de ionización. Al finalizar su recorrido, las partículas captan del medio dos electrones y se convierten en átomos de Helio. Los emisores alfa son poco utilizados en Medicina, ya que las partículas alfa son poco penetrantes y altamente peligrosas por su gran poder de ionización. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 33

34 Radiación Partículas beta (β) De acuerdo con su carga, pueden ser partículas β negativas y partículas β positivas. Cuando un núcleo emite una partícula β (negativa) pierde un neutrón y gana un protón, por lo tanto el número másico A permanece constante. Cuando un núcleo emite una partícula β+ (positiva) pierde un protón y gana un neutrón, por lo tanto el número másico A permanece constante. La energía con la que se emiten, no es homogénea sino forma un espectro. La energía máxima se considera característica de la emisión. Estas partículas son moderadamente penetrantes y ionizantes, ubicándose entre las partículas α y los rayos γ. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 34

35 Rayos gamma (γ) Un núcleo puede ser excitado por la absorción de energía, pasando a un estado conocido como transición isomérica. El decaimiento de un estado de excitación a otro de más baja energía o al estable (transición isomérica) se produce a través de alguno de estos dos procesos: 1) La emisión de fotones de alta energía (rayos γ). 2) El proceso de conversión interna. Los rayos γ son altamente penetrantes, pero escasamente ionizantes. Los rayos gamma son radiaciones electromagnéticas de muy alta energía (> 100 ev). La energía de la radiación emitida puede calcularse, utilizando la ecuación de Planck: E=energía; h=constante de Planck (6, ergios.s); f=frecuencia de la radiación. Radiación E=h.f 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 35

36 Radiación Captura Electrónica: La desintegración K corresponde a la captación por parte del núcleo de un electrón de la corteza, con lo que su número atómico disminuye en una unidad, sin que varíe su masa. En este caso, un protón se combina con un electrón de la corteza para formar un neutrón: 1+1protón +0-1electrón 10neutrón Este tipo de radiación suele ir acompañado de la emisión de rayos- X. Lic.Cornaglia Frasinelli Fabrizio

37 Radiación Hay otros procesos de menor importancia que también implican decaimiento radiactivo, transmutación de elementos y emisión de alguna radiación característica. Por otro lado, si se cuenta con un acelerador de partículas o un reactor nuclear, se puede inducir un gran número de reacciones nucleares acompañadas por sus correspondientes emisiones. De hecho, en la gran mayoría de las fuentes radiactivas que se usan en la actualidad, la radiactividad ha sido inducida por bombardeo con neutrones provenientes de un reactor nuclear. Hay fuentes radiactivas que emiten neutrones, pero éstos provienen de reacciones nucleares secundarias, porque ningún núcleo emite neutrones espontáneamente, salvo en el caso poco común de la fisión nuclear, la cual va acompañada por la emisión de varios neutrones. Lic.Cornaglia Frasinelli Fabrizio

38 ENERGÍAS DE DECAIMIENTO La segunda propiedad que caracteriza al decaimiento radiactivo de cada núclido es la energía de la radiación emitida. Esta energía está dada por la diferencia entre los niveles involucrados en el decaimiento. Como los núcleos sólo pueden existir en niveles de energía fijos (se dice que su energía está cuantizada), se deduce que la energía de decaimiento entre dos estados dados es siempre la misma. Esta energía puede incluso servir para identificar el núclido. Las radiaciones alfa y gama cumplen con esta regla de ser monoenergéticas si provienen de un solo tipo de decaimiento. Las beta, sin embargo, deben compartir la energía disponible con el neutrino, por lo que tienen un espectro continuo de energías. Las radiaciones nucleares tienen normalmente energías del orden de los MeV. Lic.Cornaglia Frasinelli Fabrizio

39 LEY DE DECAIMIENTO RADIACTIVO Otra propiedad característica de la desintegración radiactiva es su rapidez. Un núclido al desintegrarse se transforma en otro núclido y por lo tanto desaparece. Si el proceso es rápido, el núclido original dura poco, pronto se agota. Si el proceso es lento, puede durar mucho tiempo, hasta miles de millones de años. Lic.Cornaglia Frasinelli Fabrizio

40 Vida media de algunos isótopos importantes 3 H años 14 C años 22 Na 2.6 años 32 P 14.3 días 40 K 1.3 x 10 9 años 60 Co 5.24 años 90 Sr 28.8 años 124 Sb 60.4 días 129 I 1.6 x 10 7 años 131 I 8.05 días 137 Cs 30 años 170 Tm 134 días Lic.Cornaglia Frasinelli Fabrizio

41 Vida media de algunos isótopos importantes 169 Yb 32 días 192 Ir 74 días 210 Po 138 días 222 Rn 3.82 días 226 Ra 1620 años 235 U 7.13 x 10 8 años 238 U 4.51 x 10 9 años 239 Pu años 241 Am 458 años 252 Cf 2.7 años 07/11/2013 Ondas - Ultrasonido - Seguridad Electrica - Bioing. Marco De Nardi 41

42 Radiación ESQUEMAS DE DESINTEGRACIÓN Un esquema de desintegración es un gráfico que expone todas las etapas que sufre el átomo al desintegrarse hasta alcanzar la estabilidad. En el esquema podemos identificar: La naturaleza de las radiaciones emitidas. Una línea oblicua, entre-dos niveles de energía Indica: 1) hacia la Izquierda (emisión β +, α). 2) hacia la derecha (emisión β-). Las líneas verticales indican transiciones isoméricas, como la emisión γ. Los estados excitados de un radionúclido se muestran con barras horizontales, ubicadas por arriba del estado menor de energía. b. La energía de las radiaciones emitidas, c. Los pasos de la transformación. d. El % de átomos que se desintegran. El conocimiento del esquema de desintegración de un radioisótopo es Importante en Medicina nuclear para facilitar su medición, estimar la dosis de radiación que se libera en los tejidos y el efecto biológico que podría producir. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 42

48 Radiación ESQUEMAS DE DESINTEGRACIÓN Un esquema de desintegración es un gráfico que expone todas las etapas que sufre el átomo al desintegrarse hasta alcanzar la estabilidad. En el esquema podemos identificar: La naturaleza de las radiaciones emitidas. Una línea oblicua, entre-dos niveles de energía Indica: 1) hacia la Izquierda (emisión β +, α). 2) hacia la derecha (emisión β-). Las líneas verticales indican transiciones isoméricas, como la emisión γ. Los estados excitados de un radionúclido se muestran con barras horizontales, ubicadas por arriba del estado menor de energía. b. La energía de las radiaciones emitidas, c. Los pasos de la transformación. d. El % de átomos que se desintegran. El conocimiento del esquema de desintegración de un radioisótopo es Importante en Medicina nuclear para facilitar su medición, estimar la dosis de radiación que se libera en los tejidos y el efecto biológico que podría producir. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 48

49 Radiación Radio Dosimetría La dosis es una medida de la energía absorbida por parte de un medio expuesto a una radiación determinada. Conceptos: Dosis de exposición o dosis de irradiación Dosis de absorción Dosis equivalente Dosimetría de fuentes externas Relación dosis-distancia Dosimetría de fuentes internas Tiempo medio biológico (T 1/2B ) Tiempo medio efectivo (T 1/2E ) Dosis máximas permisibles 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 49

50 Radiación Mecanismos de acción biológica de las radiaciones La ionización y la ruptura de uniones químicas a nivel molecular. En el primero, llamado efecto directo, la molécula recibe directamente el impacto de la radiación. Este tiene lugar predominantemente sobre las moléculas proteicas grandes y sobre el agua celular (radiólisis). En el segundo, llamado efecto indirecto, las radiaciones colisionan con las moiéculas de agua del organismo y las ionizan, rompiendo el enlace del par de electrones. Estos iones poseen a su vez gran reactividad para con otras moléculas por lo que el efecto de la radiación se multiplica. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 50

51 Radiación DETECTORES DE RADIACTIVIDAD Los tres grupos más importantes son: 1) Detectores basados en la impresión de placas fotográficas. 2) Detectores basados en la ionización de un gas. 3) Detectores basados en el "fenómeno de centelleo 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 51

52 Radiación Aplicaciones de los radioisótopos a la medicina. Aplicaciones diagnósticas. Radioinmunoensayo (RIA) Estudios metabólicos: Curva de captación de I 131 Determinación de la supervivencia eritrocitaria con Cr 51 Determinación del volumen sanguíneo (volemia) Determinación de la masa globular Dosis terapéuticas de I 131 Aceleradores de partículas Aplicaciones Terapéuticas El empleo de las radiaciones ionizantes en Medicina se basa, casi exclusivamente, en su poder destructor. La denominada radioterapia es empleada para destruir tejidos considerados nocivos, generalmente de naturaleza cancerosa. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 52

53 Radiación DIAGNÓSTICO POR IMÁGENES Las ramas del diagnóstico por imágenes más importantes y de mayor difusión son la radiología, la tomografía computarizada, la gammagrafía, la ecografía y la resonancia magnética. Los diferentes métodos empleados para obtener una imagen tienen en esencia las mismas etapas: adquisición de datos, su procesamiento, y al final la visualización y registro. La principal diferencia entre los métodos radica en la etapa de adquisición de datos. Esta etapa está condicionada por el principio físico que rige cada método de detección y transducción de la señal estudiada. 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 53

54 Radiación Radiología: Radiagrafías, Radioscopia, Estudios radiológicos con contraste. Arteriografía y venografia, Angiografia por sustracción digital (ASD). Tomografía: lineal, computarizada, por contraste, Gammagrafía, Tomografía de emisión de positrones (TEP/ PET). Resonancia magnética (RM) 07/11/2013 Bioingeniero Marco De Nardi 54