Aplicatii Ale Holografiei in Medicina

  • Published on
    14-Jul-2015

  • View
    442

  • Download
    2

Embed Size (px)

Transcript

Aplicatii ale holografiei in medicinaCe este holografia:Tehnica holografic are la baz fenomenele de difrac ie i interferen . n holografie, este nregistrat figura de interferen a undelor optice reflectate sau transmise printr-un obiect cu o und de referin . Lumina mpr tiat pe un obiect este nregistrat i apoi utilizat pentru reconstruc ia obiectului ca i cum obiectul nsu i sar afla n acel loc. Tehnica holografiei este utilizat mai ales pentru stocarea optic , redarea i prelucrarea informa iei. Aceast tehnic a fost inventat n 1947 de fizicianul ungur, n scut n Marea Britanie, Dennis Gabor (1900-1979) laureat al premiului Nobel pentru fizic abia n anul 1971 cnd metoda sa a fost aplicat utilizndu-se sursele laser. Metoda de nregistrare i redare a unei holograme a fost descoperit n cadrul cercet rilor f cute pentru mbun t irea func ion rii microscopului electronic la Compania British Thomson Houston. Metoda se utilizeaz i azi n microscopia electronic i poart numele holografie electronic . Holografia optic a fost pus la punct ca tehnic abia dup construirea laserilor, adic dup anul 1960. n holografie se utilizeaz o surs laser deoarece aceasta este monocromatic (emite o band foarte ngust de frecven e, adic o singur culoare). Imaginea tridimensional este nregistrat pe o plac fotografic sub forma unei holograme. Diferen a dintre o fotografie bidimensional a unui obiect tridimensional i o hologram este c fotografia con ine doar informa ia din amplitudinea cmpului electric al undei (descompunerea bromurii de argint depus pe placa fotografic este propor ional cu energia undei luminoase adic cu modulul p trat al vectorului intensitate cmp electric, n care se pierde informa ia din faza vectorului intensitate cmp electric) n timp ce o hologram con ine i informa ia din faza undei. Primele holograme n care s-au nregistrat obiecte tridimensionale au fost realizate n anul 1962 de c tre Yuri Denisyuk n URSS i de c tre Emmett Leith i Juris Upatnieks la Universitatea din Michigan, SUA. Cuvntul de hologram provine din dou cuvinte din limba greac : holos (ntreg) i gramma (fotografie). O hologram are aspectul unei re ele de difrac ie. Informa ia con inut ntr-o hologram nu depinde de suprafa a acesteia. O suprafa foarte mic con ine ntreaga informa ie care se repet pe suprafa a hologramei. n figura 1. sunt reprezentate cele dou etape: nregistrarea i redarea imaginii prin holografie. Pentru a ob ine o hologram fasciculul laser este divizat n dou fascicule. Unul din acestea este reflectat pe obiect de unde ajunge pe filmul pe care se nregistreaz holograma, iar cel lalt fascicul este trimis direct pe filmul de nregistrare (fasciculul de referin ). Prin interferen a fasciculului mpr tiat pe obiect i a fasciculului de referin se ob ine o figur cu linii microscopice luminoase alternate cu linii ntunecoase. Figura este nregistrat pe film ob inndu-se o hologram . Pentru a reda imaginea nregistrat pe o hologram trebuie s develop m filmul i apoi s -l a ez m n pozi ia original i s -l ilumin m doar cu un fascicul laser direct cu acelea i propriet i cu cel cu care am

nregistrat holograma. Figura de interferen holografic nregistrat va difracta fasciculul laser care traverseaz holograma i astfel se reconstruie te imaginea obiectului. Imaginea ob inut are toate dimensiunile obiectului original i pare att de real nct observatorul este tentat s o ating cu mna, dar acesta ntlne te doar un fascicul de lumin focalizat. Spre deosebire de o fotografie sau o pictur , o hologram poate reda un subiect cu o fidelitate dimensional total . O hologram creeaz tot ceea ce vede ochiul: adncime, dimensiune, form , textur i pozi ie relativ . Pe acela i film holografic se pot nregistra simultan imaginile mai multor obiecte. Exist dou tipuri de holograme dup modul de iluminare prin: (a) reflexie ca n cazul observ rii unei fotografii sau a unui tablou atrnat pe perete (fig. XI.1) i prin (b) transmisie

Fig.1. nregistrarea i reconstruc ia unei holograme prin reflexive

Holografia in medicina:Aplicatia hologramelor sau imaginilor holografice in lumea practicii medicinale este un domeniu nou i n cre tere. O holograma este o imagine tridimensional formata cu interferen e de lumin . Pn n prezent, tiin a holografica a fost implementata frecvent pe zonele de m iestrie, de promovare, de recreere i de securitate. Cu toate acestea, amploarea i sfera de aplicare a utilizari de tehnologie holografic se extinde. Exist o extraordinar ansa de cre tere a tehnologiei holografice n mai multe domenii noi care ncorporeaz : p strarea datelor si lectura, examinarea materialelor , inteligenta artificiala, c l toria, medicina, fabrica ia etc Un domeniu major de cre tere pentru utilizarea de cercetare holografic este n domeniul medical de ngrijire. Este foarte probabil ca mai devreme sau mai trziu, tehnologia holografic sa fie utilizata pentru diagnostic medical, instruire, de vindecare i investigare. Holografia a fost deja folosita n diverse domenii ale medicinei. Tehnici de holografice au fost aplicate pe scar larg cu succes pentru studiul diferitor p r i ale corpului uman, inclusiv corneei, membrana timpanic , membrana bazilar , mobilitatea dintilor, cohleea, os temporal, piept, craniul, oase etc Exist diverse motive, care fac folosirea tehnicii holografice populara n domeniul medicinei. Ele sunt dup cum urmeaz : Holografia medicala permite imagistica tridimensionala a structurilor interne ale corpului pentru diagnostic i planificare chirurgicala. Holografia medicala permite o rezolutie inalta. Se ofer asisten n tratamentul bolii i a leziunilor. n domeniul imagisticii biomedicale, HoloTomografia (HT) este crearea, precum i interpretarea de ilustra ii tridimensionale pentru vindecare. Medicina de baza HT presupune ilustra ii fixe generate de instrumentele din vizualizare conven ionala, cum ar fi: - tomografia computerizata (CT) - Imagistica prin rezonan magnetic (IRM) i - tomografia cu emisie de pozitroni (PET). Holotomografia medicala avansata implic ilustratii tridimensionale cu r spuns in dou sensuri de la instrumente specializate in imagini holografice. Vizualizarea holografica asigur o vedere clar a obiectelor ncorporate n materiale refractare iluminare, cum ar fi lichid vascos esut sau organ. Acesta este motivul pentru care face o modalitate de vizualizare excelent pentru biomedicina. Interferogramele holografice sunt utilizate n holografie medicala. Exist holografie cu impulsuri temporale consemnate. Avem, de asemenea holografie endoscopic n tiin a medical .

Tipuri de medicina holografica:Holografia cu raze X: Acest tip poate examina probele n solu ie apoas cu rezolu ie foarte mare. Nu este necesara prepararea probelor deoarece rezulta alternan e structurale. Holografia endoscopica : Acest tip de holografie medicala ofer un instrument puternic pentr imagini 3D non contact cu rezolutie mare i m sur tori nedistructive ale unor cavit i naturale din n interiorul corpului uman. Acesta combin caracteristicile de endoscopie i holografie. nregistrarea unui mari adncimi focale 3D si o imagine de nalt rezolu ie a organelor interne i a esuturilor mbun t e te major capacitatea de detectare. Holografia endiscopica a fost folosit cu succes pentru detectarea precoce a celulelor canceroase din peretele vezicii urinare. Holografia endoscopica este de dou tipuri: - Holograma este nregistrat n interiorul endoscopului: O tridimensionalitate completa a imaginii reconstruite cu paralaxa i o adncime focala mare . -Holograma utilizeaza un dispozitiv extern de nregistrare:Este folosit un endoscop conven ional. Sistemul nregistreaz holograma in afara endoscopului cu ajutorul unui fascicul extern de referin . Holografie multiplexata pentru tomografie: Holografia multiplexata este utilizata pentru vizualizarea completa a tomografiilor tridimensionale. Tehnica este ideala pentru a face holograme ale c ror imagini au o dimensiune diferit de obiectul original. Acest tip de holografie medicala este folosita n aplica ii n care suprafe ele sunt importante, cum ar fi protezele i chirurgia craniofaciala. Holografie multiplexata este utilizata n scanarea CT sau RMN. Acesta p streaz adancimea fizica si paralaxa completa i este, de asemenea, cunoscuta sub numele de holograma volumetrica multiplexata sau holograma multiplanmultiplexata. Holografia in ofalmologie:Una din primele aplicatii ale holografiei in domeniul oftalmologiei a fost inregistrarea unei imagini tridimensionale a ochiului.Orice dezlipire de retina sau corp strain poate fi usor detectat.Holografia medicala poate fi de asemenea aplicata pentru masurarea topografiei corneei si modificarile lentilelor cristaline.Este de asemenea utilizata in studiul caracteristicilor de suprafata ale capului nervului si corneeei.Avantajul major al tehnologiei holografice il constituie precizia ultra inalta cu care se fac aceste masuratori si este essentiala pentru o interventie chirurgic ala la cornee. Holografia in otologie:Exista diverse tehnici holografice utilizate in studiul urechii.De exemplu: - Dubla expunere si tehnicile holografice interferometrice sunt dispositive puternice pentru studierea diferitelor parti ale organelor umane de auz periferice. - Holografia de timp mediu este utilizata pentru studierea comportamentului vibratiei partilor urechii interne cum ar fi cohleea nederulata si membrana bazilara spiralata . - Este de asemenea folosita pentru a studia analiza vibratiilor articulatiei incudo-mallare cu fortele aplicate la muschii urechii interne. Holografia in ortopedie:Holografia ofera un excellent instrument pentru studierea structurilor ortopedice.Astfel de studii sunt importante pentru ortosinteza, pentru a preveni dislocatiile ambelor capete de fractura ,care sunt cauzate in special de scaderea puterii pinilor de fxare.

Studiul ochiului folosind Holografia acusticaImagistica optica holografica a unui model de ochi a fost facuta pentru prima data in 1966, dar tocmai in 1970 Calkinsand Leonard a realizat pentru prima