Vật lý y sinh và ứng dụng

GIỚI THIỆU VỀ NỘI SOI• Nội soi là một kỹ thuật y học hiện đại được ứng dụng trong việc khám bệnh, chẩn đoán bệnh bằng việc sử dụng các loại dụng cụ chuyên biệt để quan sát trực tiếp b

Thuyết trình Vật lý y sinh

• Với xu hướng hiện nay, ngoài thiết bị phục vụ chuẩn đoán và điều trị thì vật lý y sinh hay kỹ thuật y sinh còn ứng dụng trong vật liệu sinh học, trí tuệ nhân tạo trong ứng dụng y sinh, quy trình kỹ thuật hỗ trợ chẩn đoán và điều trị

Các công cụ và hoạt động trong ngành vật lý y

sinh – kỹ thuật y sinh

• Mô hình hóa – mô phỏng – phân tích hệ thống

• Dò tìm – đo đạc mô hình hóa các tín hiệu sinh lý

• Xử lí tín hiệu phục vụ cho chẩn đoán

• Phát triển các thiết bị cho sự thay thế hoặc mở rộng các chức

năng của cơ thể

• Phân tích bằng máy tính dữ liệu riêng của bệnh nhân để đưa ra quyết định lâm sàng

• ảnh y học

• Tạo ra các sản phẩm sinh học mới

Cần phải có kỹ sư chuyên về y sinh để có thể sử dụng các công cụ này

Kỹ sư y sinh

• Nghiên cứu – chế tạo vật liệu cho các cơ quan , mô, vật cấy ghép.

• Phát triển các công cụ chẩn đoán mới.

• Phát triển mô hình tính về các chức năng và hệ thống sinh lý.

• Thiết kế các hệ thống ảnh,cảm biến, cơ quan, vật cấy ghép, công cụ.

• Thiết kế các hệ thống điều khiển.

Mốc thời gian của các tiến bộ về kỹ thuật trong y học

• 1895: tia X được phát minh.

• 1899: Asirin được giới thiệu sử dụng.

• 1903: máy ghi âm điện tim ECG được phát minh.

• 1928: Penicilin được phát minh.

• 1931: phát minh ra kính hiển vi điện tử.

• 1932: G.Wolf (R.wolf) giới thiệu ống soi dạ dày nửa cứng nửa

mềm đầu tiên

• 1954: cấy ghép thận đầu tiên.

• 1963: Karl Storz kết hợp thấu kính hình que để truyền hình ảnh

với các bó sợi phát quang.

• 1967: CT được phát triển.

• 1973: dòng vô tính DNA được phát minh – khai sinh công nghệ gen.

• 1987: Thiết bị nội soi video ( camera gắn ở thị kính).

GIỚI THIỆU VỀ NỘI SOI

• Nội soi là một kỹ thuật y học hiện đại được

ứng dụng trong việc khám bệnh, chẩn đoán

bệnh bằng việc sử dụng các loại dụng cụ

chuyên biệt để quan sát trực tiếp bên trong các

cơ quan của cơ thể Với kỹ thuật nội soi, người

ta có thể quay phim, chụp hình bên trong các

cơ quan, lấy dị vật, sinh thiết và thậm chí là

thực hiện phẫu thuật nội soi.

NỘI SOI ỐNG MỀM

• Chia làm 2 loại

– Nội soi quang học

– Nội soi video

CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN

• Hệ truyền dẫn hình ảnh

• Hệ truyền dẫn ánh sáng

• Hệ truyền dẫn lực

• Hệ thu nhận – tiền xử lí dữ liệu

• Hệ thống các kênh trong máy nội soi

CẤU TẠO DÂY NỘI SOI MỀM

CẤU TẠO CHUNG CỦA NỘI SOI ỐNG CỨNG

Được cấu thành từ kính viễn vọng hình ống

Không có khả năng uốn cong

Các nút trên tay cầm

CẤU TẠO BÊN TRONG DÂY SOI

• Đối với loại quang thì “Imaging Bundle” là bó sợi quang còn loại sử dụng CCD thì là sợi dây dẫn tín hiệu điện

SỰ TẠO ẢNH NỘI SOI ( VIDEO SCOPE)

• CCD chip gồm có khoảng 33.000 – 100.000 tế bào quang riêng rẻ ( được gọi là phần tử ảnh hay pixel)

• Các tế bào quang nhận các photon phản hồi từ bề mặt nhầy

và tạo ra các electron tỉ lệ với ánh sáng nhận được

LĨNH VỰC ỨNG DỤNG

Soi thực quản Thực quản

Soi dạ dày Dạ dày

Soi tá tràng Ruột non

Soi đường mật Đường mật

Soi ruột kết Trực tràng

Soi khớp Ổ khớp ( đầu gối, vai)

ỨNG DỤNG CỦA SÓNG ÂM

VÀ SIÊU ÂM TRONG Y HỌC

SƠ LƯỢC VỀ SÓNG ÂM

Âm không nghe được

Hạ âm Siêu âm

Các đặc trưng của âm

Sóng âm

Đặc trưng vật lý

Tần số Mức cường độ âm

Đồ thị dao động âm

Đặc trưng sinh lý

Độ cao

Độ to

Âm sắc

Ở động vật, cơ quan phát

âm quan trọng nhất là

thanh quản với các dây âm

thanh Thanh quản được

cấu tạo bởi các sụn nối với

nhau bằng các khớp, các

màng, các dây chằng và các

cơ Trong đó có 2 dây

thanh âm sẽ rung chuyển

và phát ra âm thanh dưới

tác động của luồng không

khí đi qua

Nguồn phát âm

CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP ÂM

TRONG CHẨN ĐOÁN

Khi gõ vào các vị trí tương ứng

của các tạng (tim, phổi, gan .)

trên lồng ngực hay trên thành

CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP ÂM

TRONG CHẨN ĐOÁN

Chẩn đoán nghe

Các âm phát ra từ cơ thể

thường có tần số không quá

1000 Hz, thường dung nghiên

cứu các âm phát ra từ phổi,

tim Cường độ âm này mạnh

yếu là do hô hấp nông hay

sâu, độ cao của âm tỉ lệ

nghịch với tiết diện khí quản,

cuống phổi Dựa vào sự thay

đổi đó mà chẩn đoán bệnh

ỨNG DỤNG CỦA SIÊU ÂM

Nguồn phát siêu âm

Hiệu ứng áp

điện nghịch Hiện tượng từ gião

Hiệu ứng áp điện nghịch

Một bản thạch anh được cắt song song với trục lục giác và vuông góc với quang trục tạo thành một bản thạch anh áp điện Khi nối hai bản điện cực nguồn xoay chiều có tần số lớn thì bản thạch anh sẽ liên tục bị biến dạng theo tần số của dòng điện và phát ra siêu âm khi tần số trên 20 000Hz

Hiện tượng từ gião

Một thanh sắt khi bị từ hoá thì độ dài

của nó sẽ ngắn đi chút ít, đó là hiện

tượng từ giảo Đặt một thanh sắt từ vào

trong lòng một cuộn dây đã nối với

nguồn điện xoay chiều có tần số cao Từ

trường trong lòng cuộn dây biến thiên

liên tục với tần số bằng tần số của dòng

điện xoay chiều Do hiện tượng từ giảo,

thanh sắt từ có chiều dài dao động gấp

đôi tần số dao động của dòng điện và sẽ

phát ra siêu âm khi tần số> 20 000Hz

Các hiệu ứng khi siêu âm tác động lên cơ thể

sống

• Gây ra tại chỗ những biến đổi áp lực và dịch chuyển các phần vật chất xung quanh VTCB của chúng, làm nén giãn môi trường.

• Siêu âm có cường độ vừa và nhỏ (<20kW/m 2 ) làm tăng tính thẩm thấu của màng tế bào.

• Siêu âm có cường độ mạnh khi tác động vào tế bào có thể làm rách màng tế bào, biến dạng nhân, do đó có thể phá huỷ tế bào

Hiệu ứng cơ học

Hiệu ứng nhiệt

Môi trường vật chất

Sóng âm

Một phần năng lượng sóng âm

bị vật chất hấp thụ sinh ra nhiệt năng làm vật chất nóng lên

Siêu âm tác động lên cơ thể con người, hiệu ứng nhiệt gây giãn mạch, tăng cường dinh dưỡng, giảm đau có tác dụng điều trị chống teo cơ, chống co thắt cơ, chống viêm, chống đau dây thần kinh, đau khớp

cơ, làm tăng sự ion hoá và tạo

ra nhiều gốc tự do trong môi trường

Ứng dụng

Chẩn đoán hình ảnh

Chùm siêu

âm truyền qua

Chùm siêu

âm phản xạ

Chẩn đoán chức năng

Hiệu ứng Doppler

Ứng dụng siêu âm trong chẩn đoán

Đầu và máy

phát siêu âm Đối tượng khảo sát thu siêu âmĐầu và máy

Biến đổi tín hiệu thành hình ảnh

Chẩn đoán hình ảnh dùng chùm siêu âm

truyền qua

Khi chùm siêu âm truyền qua tổ chức, cường độ của chùm siêu âm

đã bị giảm so với ban đầu nhưng cường độ chùm siêu âm bị giảmnhiều hay ít lại tuỳ thuộc vào cấu trúc, tính chất, bề dày của tổ chức

mà nó truyền qua Chùm siêu âm sau khi đã truyền đối tượng sẽ được thu lại thể hiện bằng những hình ảnh khác nhau tuỳ thuộc vào cường độ chùm siêu âm Nhà chuyên môn sẽ căn cứ vào hình ảnh

đó để xác định được về mặt hình thái, cấu trúc của đối tượng là bình thường hay bệnh lý Hình ảnh ghi được là hình ảnh gián tiếp được tạo bởi chùm siêu âm truyền qua

Chẩn đoán hình ảnh dùng chùm siêu âm

phản xạ

Máy và đầu siêu âm

Bộ biến đối tín hiệu thành

hình ảnh và thu lại

hiệu ứng này người ta có thể

đo được tốc độ di chuyển

Chính vì vậy phương pháp này

được dùng để chẩn đoán các bệnh

của tuần hoàn ngoại biên như viêm

tắc động mạch, tĩnh mạch, rò động

mạch… hoặc có thể dùng để chẩn

đoán các bệnh lý của tim như còn

ống thông động mạch, thông liên

ỨNG DỤNG LASER ĐIỀU TRỊ TẬT KHÚC XẠ CỦA MẮT

Lịch sử của laser ứng dụng trong nhãn khoa.

Năm 1905 - Einstein với lí thuyết về hạt photon và Planck với

phương trình nổi tiếng: E=hv đã là những người đầu tiên đặt nền móng cho việc nghiên cứu về Laser

Những năm đầu thập niên 60, các nhà bác học Nga và Hoa Kì (Prokhorov, Basov, Maiman, Javan) mới chế tạo thành công những máy phát lượng tử đầu tiên(máy phát tia laser)./

Albert Einstein (1879 - 1955) Nikolay G Basov (1922 – 2001)

Năm 1969, Little và cộng sự đã thử nghiệm lâm sàng thành

công trong điều trị nhãn khoa với laser argon

Năm 1980, Fankhauser và cộng sự đã ứng dụng thành công

loại laser Nd - YAG phát xung, để làm rách cấu trúc màng trong

mắt (rạch bao sau thể thủy tinh, cắt mống mắt chu biên … )

Năm 1985, Laser Excimer đã được ứng dụng để điều trị các tật khúc xạ và lão thị

Lịch sử của laser ứng dụng trong nhãn khoa.

Năm 1963 Zweng và Zaret là những người khởi xướng và thực hiện đầu tiên đã sử dụng loại laser để điều trị các bệnh mắt

(đông máu võng mạc)

- Độ rộng xung hẹp lên đến nano giây

Các loại laser sử dụng trong nhãn khoa.

1.3.4 Laser CO2

Phát sóng 10600nm (ánh sáng hồng ngoại), công suất có thể từ vài

chục watt đến hàng ngàn Kilowatts, liên tục

1.3.5 Laser Nd:YAG

Phát sóng 1060nm (thuộc phổ hồng ngoại gần), có thể phát liên tục

tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000-10000Hz. 

Hiệu ứng quang đông xảy ra khi:Mật độ công suất đạt giá trị từ 0,5-103 W/cm2

Thời gian chiếu từ 10 giây đến 1/1000 giây

Nhiệt độ tại vùng chiếu đạt

60-80 0 C sẽ làm đông vón protein Enzyme mất hoạt tính, hoạt động trao đổi chất không còn: tế bào chết

1.4.1 Hiệu ứng quang đông tổ chức

tổ chức sinh học được bốc lớp rất mỏng, có thể cỡ hàng chục micro met

Cấu tạo mắt

CÁC TẬT KHÚC XẠ CỦA MẮT

Sử dụng Laser trong điều trị các tật khúc xạ của mắt

- Phương pháp phẫu thuật

(laser Excimer tạo ra từ Argon

Fluorine (ArF) có bước sóng 193

+ PRK (Photorefractive keratectomy):

Đầu tiên cạo bỏ lớp biểu mô giác mạc (có thể tự tái tạo), sau đó chiếu tia laser trực tiếp lên giác mạc để phục hồi độ cong giác mạc tuỳ theo mức độ mỗi bệnh nhân, từ đó điều trị tật khúc xạ mắt

Sử dụng Laser trong điều trị các tật khúc xạ của mắt

Điều trị các tật khúc xạ

Chiếu tia laser điều chỉnh độ khúc xạ

2.2 Sử dụng laser điều trị một số bệnh cụ thể trong nhãn khoa

2.2.3 Sử dụng Laser trong điều trị các tật khúc xạ của mắt

Điều trị các tật khúc xạ

+ LASEK (Laser Epithelial

Keratomileusis):

Lớp biểu mô giác mạc được làm

“mềm, lỏng “ ra rồi bóc 1 phần lên để chiếu laser lên giác mạc Sau đó đậy lớp biểu mô lên, sẽ

tự phục hồi như cũ

Sử dụng Laser trong điều trị các tật khúc xạ của mắt

Điều trị các tật khúc xạ

+ LASIK (Laser – Assisted In Situ Keratomileusis):

Đầu tiên dùng dao cắt vi phẫu tạo vạt biểu mô mỏng hình tròn ở trung tâm giác mạc, sau đó được lật lên rồi chiếu chùm tia laser lên nhu mô giác mạc để làm bốc hơi 1 phần mô giác mạc nhờ hiệu ứng quang bóc lớp phục hồi lại được độ cong giác mạc với mức độ phù hợp cho từng bệnh nhân Cuối cùng bề mặt giác mạc được rửa sạch

và vạt giác mạc được đậy lại

Sử dụng Laser trong điều trị các tật khúc xạ của mắt

Sử dụng Laser trong điều trị các tật khúc xạ của mắt

a Laser Excimer có thể điều trị cho bệnh nhân:

+ Cận thị: –1D đến – 20D+ Viễn thị: +1 đến +10D+ Loạn thị: 1D đến 7 D

b Tuổi bệnh nhân: Từ 18 tuổi trở lên

c Tật khúc xạ ổn định (ít nhất trong 6 tháng gần đây không tăng số kính)

d Bệnh nhân tự nguyện mổ Laser Excimer.

Sử dụng Laser trong điều trị các tật khúc xạ của mắt

a Đang có các bệnh cấp hoặc mãn tính tại mắt như: viêm kết mạc, viêm giác mạc, viêm màng bồ đào, glôcôm, giác mạc

hình nón…

b Có các bệnh lí toàn thân như: Đái tháo đường, bệnh ác

tính…

c Đang có thai hoặc trong thời kì cho con bú

d Bệnh nhân không chấp nhận rủi ro có thể có trong phẫu

thuật, hoặc có thể còn phải đeo kính sau phẫu thuật

An toàn với laser

 

Loại I

  0.4µW

- Không gây hại mắt hay dù điều kiện bước sóng hay thời gian tiếp xúc với tia…

 

 

Loại IA

    0.4µW - <1mW

- Không gây hại dù nhìn trực tiếp với mắt thường không đeo kính, nhưng có hại khi đeo kính như kính hội tụ, kính viễn vọng

- Thường được sử dụng trong máy quét code siêu thị.

-Biểu tượng cảnh báo màu vàng Laser năng lượng thấp, mắt nhìn thấy được và an toàn cho mắt khi nhìn ngẫu nhiên <1/4 giây, nếu nhìn >1/4 giây sẽ gây hại mắt Được bảo vệ bỡi phản xạ chớp mắt khi mắt bị chói sáng.

An toàn với laser

 

 

Loại IIIA

  1-5mW laser năng lượng trung bình

-Biểu tượng cảnh báo màu đỏ

-Gây bỏng mắt khi nhìn trực tiếp chùm tia laser Bút laser chỉ bảng là loại này.

¼ giây

-Biểu tượng cảnh báo nguy hiểm màu đỏ.

-Gây bỏng mắt khi nhìn trực tiếp hay khi nhìn tia phản xạ Những đo đạc an toàn đặc biệt được khuyến nghị trong tiêu chuẩn điều khiển sự rủi ro của laser thuộc loại này Ví dụ ứng dụng của laser thuộc loại này là quang phổ kế, kính hiển vi đồng tiêu và các sô diễn ánh sáng giải trí.

-Nguy hiểm, vượt quá giới hạn dành cho dụng cụ IIIB, Biểu tượng cảnh báo nguy hiểm màu đỏ Gây bỏng mắt khi nhìn trực tiếp hay khi nhìn tia phản xạ Gây tổn thương da nặng nề và gây hỏa hoạn Hầu hết laser trong y khoa là loại này.

-Đa số tổn thương cho mắt vì laser là do sự phản xạ của ánh sáng laser loại IV, và vì vậy mọi bề mặt phản xạ phải giữ ra xa chùm tia và phải đeo kính bảo vệ mắt thích hợp mọi lúc khi làm việc với các laser này Laser thuộc loại này được dùng cho phẫu thuật, cắt, khoan, vi gia công cắt gọt, và hàn.

 

An toàn với laser trong sử dụng

An toàn với laser

An toàn với laser

Những cảnh báo

Câu 1 Nội soi là kĩ thuật y học dùng các dụng cụ chuyên biệt để

A Quan sát bên trong cơ thể

B Thăm khám bên ngoài cơ thể

C Cả A và B đều đúng

Câu 2 Siêu âm gây ra bao nhiêu hiệu ứng lên cơ thể sống

A 3

B 2

C 1

Câu 3 Hiệu ứng quang đông xảy ra khi nhiệt

độ vùng chiếu đạt

C 60 đến 800C

B 40 đến 500C

A 20 đến 300C

TÀI LIỆU THAM KHẢO

- Care Technology Unit ORBIS Flying Eye Hospital, LASERS in

Ophthalmology.

- Magdalena Zdybel, Barbara Pilawa and Anna Krzeszewska-Zaręba, Lasers

in Ophthalmology,Medical University of Silesia in Katowice

Poland

- Dr.Hussein Alhammami, Laser in Ophthalmology.

- Dr Ajay Dudani Dr Vinod Goyel, Advances In Laser & Eye, Zen Eye

Centre, Khar, Mumbai.

- Ashley J Welch · Martin J.C van Gemert Editors, Optical-Thermal

Response of Laser-Irradiated Tissue, Dept Biomedical Engineering

The University of Texas at Austin, 1 University Station, C0800

Austin, TX 78712 USA,welch@mail.utexas.edu

- Siân Harris, Lasers in Medicine

- Website Bệnh Viện Mắt Cao Thắng

- Website Bệnh viện Mắt Quốc Tế Việt Nga

- Website Bệnh Viện Mắt Trung Ương

Cảm ơn thầy cô và các bạn

đã chú ý theo dõi !