Matikka, fysiikka, kemia – Ihmiskehon anatomia Jukka Jauhiainen OAMK Tekniikan yksikkö Hyvinvointiteknologian koulutusohjelma Jukka Jauhiainen 10 / 2005

Tämän luennon materiaaliin on käytetty osoitteesta www.sprawls.org löytyviä kuvia

Esittely, opinnot YO, Kiuruveden lukio –87 Pääaine fysiikka Oulun yliopistossa FM –93, FL –94, FT –96 Lääketieteellisen fysiikan dosentti 2003 (Oulun yliopisto, Lääketieteellinen tiedekunta) Ammatillisen opettajan pätevyys 2003 (Oulun ammatillinen opettajakorkeakoulu)

Esittely, työura 1992 – 1997 Assistentti ja tutkija Oulun yliopiston fysiikan laitoksella (elektronispektroskopian tutkimusryhmä) 1997 – 2000 Apulaisfyysikko Oulun yliopistollinen sairaala, radiologian klinikka 2000 alkaen Yliopettaja, Oulun seudun ammattikorkeakoulu, Tekniikan yksikkö, hyvinvointiteknologian koulutusohjelma

Fyysikon koulutus tarjoaa mahdollisuudet monenlaisiin työtehtäviin Laaja-alainen matematiikan ja fysiikan peruskoulutus Käytännön työtehtävät opittava ”kantapään kautta” Ei valmista tiettyyn ammatilliseen rooliin yhtä erikoistuneesti kuin DI-koulutus Silti fyysikko voi toimia samoissa työtehtävissä kuin DI

Mitä hyvinvointiteknologia on ? Tarkkaa määritelmää ei oikeastaan ole Laajassa merkityksessä kaikki ne tekniikan tarjoamat menetelmät ja apuvälineet, jotka lisäävät ihmisen hyvinvointia ”Poikkitieteellinen” lääketiede, hoitotiede, insinööritieteet, luonnontieteet Yksi Oulun kasvusopimus 2006-ohjelman painopistealoja

Jo muinaiset eqyptiläiset ... Vuonna 2000 saksalaiset arkeologit löysivät Thebasta 2600 vuotta vanhan muumion, jonka jalkaan oli sidottu puinen proteesi. Tutkijat päättelivät proteesin pohjan kulumisesta. että kyseessä on vanhin tunnettu raajaproteesi. (www.virtual- eqypt.com)

Stetoskooppi 1816 ranskalainen lääkäri Rene Laennec ei ujouden takia halunnut laittaa korvaansa nuoren naisen rintaa vasten, vaan kääri sanomalehden torveksi ja kuunteli sen läpi. Tästä hän sai idean, joka johti nykyään hyvin tunnettuun stetoskooppiin. (www.antiquemed.com)

Hyvinvointiteknologian koulutusohjelma Aloitettu 1998 Sisäänotto 30 opiskelijaa vuodessa Tällä hetkellä n. 110 opiskelijaa Valmistuneita n. 80, ensimmäiset keväällä 2002 Perustuu tietotekniikan koulutusohjelmaan

Syventymiskohteita Tietotekniikka + sosiaali- ja terveydenhuolto + lääketiede Vammaisten ja vanhusten teknologiset apuvälineet Käytettävyys ja ergonomia Ihmisen ja teknologian vuorovaikutus Telelääketiede Ihmisen mittaaminen

Suuntautumisvaihtoehto: Avopalvelun teknologia Geronteknologia Käytettävyys ja ergonomia Käyttäjäkeskeinen suunnittelu Fysiologisten signaalien käsittely Projektit

Suuntautumisvaihtoehto: Sairaalateknologia Lääketieteelliset mittauslaitteet Digitaalinen kuvankäsittely Telelääketiede Fysiologisten signaalien käsittely Projektit

Opintojen sisältö Kielet 6 op Matematiikka, fysiikka, kemia 27 op Tutkimus ja tuotekehitys 15 op Sosiaali- ja terveydenhuolto 9 op Ohjelmointi 11 op Tietoliikennetekniikka 17 op Signaalinkäsittely 14 op Sähkötekniikka ja elektroniikka 21 op

Opinnäytetöitä Sykemittarien kehitystä EMG-mittalaitteiden kehitystä Sairaalan tietojärjestelmien kehitystä Käytettävyystutkimuksia eri hoito- ja tutkimuslaitoksille Hävittäjälentäjien niska-hartiaseudun kuormitusmittauksia ym, ym …

AND now, something completely different …

Mottoja ... ”All science is either physics or stamp collecting” ”An expert is a man who has made all the mistakes which can be made, in a very narrow field.” Niels Bohr ”All science is either physics or stamp collecting” Sir Ernest Rutherford ”I didn’t think, I investigated” Wilhelm Conrad Röntgen

Historiaa 1895 Wilhelm Conrad Röntgen havaitsi että paperi, joka oli päällystetty barium- platinasyanidilla hohti valoa, kun siihen kohdistettiin katodisäteitä, jopa toisesta huoneesta seinän läpi ! Hän nimesi nämä tuntemattomat säteet ”x-säteiksi”.

Ensimmäinen röntgenkuva

Lääketieteellisen kuvanmuodostuksen periaate

Energiaa muuttuu muodosta toiseen

Järjestelmän osatekijät

Perinteinen röntgenkuvaus Valosähköinen ilmiö Compton-sironta Ilman vuorovaikutusta läpimenneet valottavat filmin (penetration) Valotuksen määrä riippuu kudoksen tiheydestä

Röntgensäteilyn on oltava oikealla energia-alueella Pienet energiat ei läpäisyä Suuret energiat kaikki menee läpi

Keuhkokuvia SARS-potilaista

Verisuoniangiografia Varjoainekuvaus (Ba ja I) Kasvattaa verisuonten röntgen- absorptiota Kuvassa sepelvaltimotukos (LAD = Left anterior descending)

Röntgenkuvauksen ongelmia 2-ulotteinen projektio 3-ulotteisesta kohteesta Päällekkäinkuvautuminen Geometriset vääristymät

Tietokonetomografia Tietokonetomografiassa otetaan satoja erisuuntaisia projektiokuvia Projektioista lasketaan tietokoneella ns. leikekuva Useista leikkeistä voidaan muodostaa kohteen 3-ulotteinen malli

Takaisinprojisointi (back-projection)

Pään ja keskivartalon alueen tietokonetomografia

Normaali ja patologinen keuhkojen tietokonetomografia

Isotooppikuvantaminen (Nuclear Medicine) Radioaktiivinen merkkiaine (tracer) ruiskutetaan tai syötetään/juotetaan potilaalle PET = Positroniemissiotomografia Merkkiaine sisältää positro- neja emittoivia radionuklideja SPECT = Yksifotoniemissiotomografia Merkkiaine sisältää gammafotoneita emittoivia radionuklideja Merkkiaineet sitoutuvat elimistön tiettyihin kemiallisiin yhdisteisiin (useita eri vaihtoehtoja) Kuvataan ihmisen sisältä ulospäin tulevaa säteilyä

SPECT Gammakamera Pyörii potilaan ympäri kuten röntgenputki tietokonetomo- grafiassa

Positroniemissiotomografia (PET) Esim.18F-fluoro-deoxy-glukoosi (18F-FDG) Positroni yhtyy elektroniin annihilaatioreaktiossa, jossa vapautuu 2 fotonia (511 MeV) vastakkaisiin suuntiin Fotonit havaitaan koinsidenssi- mittauksella

Parinmuodostus ja annihilaatio

Koinsidenssimittaus

18F-FDG Neurologia, kardiologia ja onkologia Glukoosimetabolia Sydämen toiminta Agressiiviset kasvaimet

FDG ja glukoosi elimistössä

Astrosytooma CT:llä ja PETillä

Koko kehon FDG-PET-kuvaus

Muita kuvantamismenetelmiä Ultraääni Mekaaninen aaltoliike heijastuu kudoksessa Nopea ja halpa Epätarkka kuva Magneettikuvaus Radiotaajuinen sähkömagneettinen kenttä vuorovaikuttaa ydinten magneettisten momenttien kanssa Hidas ja kallis Nykyään käytössä olevista menetelmistä ylivoimaisesti paras kuvanlaatu Ei käytetä ionisoivaa säteilyä

Lopuksi … "Physics is like sex. Sure, it may give some practical results, but that's not why we do it." - R. Feynman