Ενδεικτικές απαντήσεις στα θέματα Φυσικής στην Ιατρική Αθήνας.

1.   Πώς ορίζεται το φυσικό μέγεθος έκθεση ιοντίζουσας ακτινοβολίας, ποιες οι μονάδες του, και σε ποια είδη ακτινοβολίας αναφέρεται;  Πώς συνδέεται η έκθεση ιοντίζουσας ακτινοβολίας με την ενεργειακή ροή πεδίου ακτινοβολίας;

      - Έκθεση είναι το πηλίκο του στοιχειώδους φορτίου (dQ) ενός προσήμου, που ελευθερώνει η ακτινοβολία σε στοιχειώδη μάζα αέρα (dm) και που θα αποδώσει όλη την ενέργεια του σε αυτή τη μάζα , προς αυτή τη μάζα:        X=dQ/dm

      - Μονάδες στο S.I. :  C/Kg

      - Αναφέρεται μόνο σε γ και Χ ακτινοβολίες.

      - Αφού η  ενεργειακή ροή (πρέπει να αναφέρετε και τον ορισμό της), είναι τόσο πιο μεγάλη όσο πιο μεγάλο είναι το ποσό ενέργειας που μεταφέρει η ακτινοβολία και επειδή για κάθε ιοντισμό στον αέρα απαιτείται κατά μέσο όρο, ενέργεια W, άρα, όσο πιο μεγάλη είναι η ενεργειακή ροή τόσο πιο πολλοί ιοντισμοί θα συμβούν, τόσο πιο πολύ φορτίο θα ελευθερωθεί και τόσο πιο μεγάλη θα είναι η έκθεση.   

     * Το λέμε συχνά και στο μάθημα: Ο μαθηματικός φορμαλισμός (ο ''τύπος'' που λέμε), είναι μια πάρα πολύ βολική για την φυσική και ακριβής συμπύκνωση ενός περιεχομένου. Το να παραθέσετε όμως μόνο την φόρμα, χωρίς να αναπτύξετε το περιεχόμενο της, διόλου δεν σημαίνει πως έχετε κατανοήσει αυτό που λέτε. Ενώ πιστεύω, πως ο εξεταστής σας, θέλει να δει αν έχετε κατανοήσει αυτό που λέτε. Έτσι, η απλή παράθεση μιας σχέσης, εδώ π.χ. της σχέσης 19, σελ. 105 του βιβλίου μας, δεν θα ήταν νομίζω διόλου επαρκής, ενώ ακόμα και η παράλειψη της, αν έχει εξηγηθεί το περιεχόμενο της, δεν συνιστά μειονέκτημα. Προσέξτε το και στον ορισμό της έκθεσης, που ζητήθηκε πιο πάνω: Αν κάποιος έγραφε μόνο την σχέση, πόσες σημαντικές λεπτομέρειες θα έλειπαν...

   2.   Ποιες είναι οι μέθοδοι που ακολουθούνται για την ανακατασκευή της εικόνας σε έναν αξονικό τομογράφο;  Ποιο είναι το βασικό φυσικό μέγεθος το οποίο μετράται σε έναν αξονικό τομογράφο και πώς συνδέεται με τον αριθμό CT, τιμές του οποίου απεικονίζονται σε μια εικόνα υπολογιστικής τομογραφίας;

  - Αναφέρουμε ονομαστικά τις μεθόδους που ονομάζει, αλλά δεν αναλύει (γιατί δεν είναι εύκολο όπως λέει) το βιβλίο. Ερώτημα ''παπαγαλίας", που δεν θα βαθμολογήθηκε και ιδιαίτερα..

  - Το βασικό φυσικό μέγεθος που μετράται σε έναν αξονικό τομογράφο είναι η ένταση της ακτινοβολίας, τόσο πριν  ( Ι₀ ) όσο και μετά την διέλευση της ( Ι ), από πολλές διαδρομές του σώματος, δίνοντας μας  έτσι, το απαραίτητο πλήθος προβολών. Μπορείτε εδώ να παραθέσετε το γνωστό παράδειγμα με τα 4 voxels, χωρίς κατά την γνώμη μου αυτό να είναι απόλυτα αναγκαίο, ή ακόμη καλύτερα το σχήμα 2, σελ. 307 του βιβλίου σας. Ο υπολογιστής θα επεξεργαστεί τις προβολές, θα υπολογίσει τον μ κάθε voxel και από αυτόν, τον αριθμό CT μέσω της γνωστής σχέσης, την οποία θα έπρεπε να παραθέσετε.  Να τονιστεί, πως το μετρούμενο μέγεθος είναι η ένταση και όχι ο συντελεστής εξασθένισης, ο οποίος υπολογίζεται, δεν μετράται! Οι ανιχνευτές μας δεν μετρούν τον μ, την ένταση μετρούν.  Με λίγα λόγια μετράμε την ένταση και υπολογίζουμε τον μ και τελικά τον αριθμό CT.

 3.   Τι είναι το δυναμικό δράσης ενός νευρώνα;  Περιγράψτε το μηχανισμό διάδοσης του κατά μήκος του άξονα του νευρώνα. Από ποια χαρακτηριστικά του νευρώνα επηρεάζεται η ταχύτητα διάδοσης του;

  

      - Αναπτύσσουμε σύντομα την ανατροπή του δυναμικού ηρεμίας, γιατί αυτό είναι το δυναμικό δράσης, σημειώνοντας τον ρόλο της αντλίας Καλίου- Νατρίου.

      - Για τον μηχανισμό διάδοσης, συνήθως χρησιμοποιούμε το σχετικό σχήμα 9.4  από τον Cameron, σελ. 226, που δείχνει πώς η ανατροπή του δυναμικού ηρεμίας σε ένα σημείο της κυτταρικής μεμβράνης, πυροδοτεί ανατροπή στο γειτονικό του κ.ο.κ.

      - Για την ταχύτητα διάδοσης του δυναμικού δράσης και τους παράγοντες που την επηρεάζουν βλέπε Cameron, σελ. 227 και 228.

        Θα έλεγα πως είναι το μόνο από τα 4 θέματα, που δεν απαιτεί συνδυαστική σκέψη και απάντηση, παρά μόνο πολύ καλό διάβασμα...

4.     Πώς μεταβάλλεται η μέση ενέργεια που απορροφάται ανά αλληλεπίδραση       (μ_en /μ ,  όπου  μ_en  και μ οι γραμμικοί συντελεστές απορρόφησης και εξασθένισης αντίστοιχα) με την αύξηση της ενέργειας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, στην περιοχή ενεργειών που ενδιαφέρει τις διαγνωστικές και θεραπευτικές εφαρμογές της Ιατρικής;  (δικαιολογείστε την απάντηση σας).

  Νομίζω πως αυτό το θέμα δυσκόλεψε περισσότερο τους υποψηφίους. Δικαιολογημένα. Εδώ ταιριάζει πολύ, αυτό που συχνά λέμε στο μάθημα: Είναι ανάγκη να κατανοήσουμε καλά την ερώτηση και αυτό, μαζί με την γνώση μας, θα μας οδηγήσει σε μια σύντομη, λιτή και πλήρη όμως απάντηση.

  - Ζητείται να συγκριθεί η εξασθένιση, δηλαδή η ενέργεια που χάνει η ακτινοβολία μας ( φωτονίων γ και Χ, προσοχή), με την απορρόφηση, δηλαδή την ενέργεια που απορροφάται από τα βιολογικά υλικά μας, καθώς χρησιμοποιούμε όλο και μεγαλύτερης ενέργειας φωτόνια. 

  - Στις χαμηλές ενέργειες, όπου κύριο φαινόμενο αλληλεπίδρασης είναι το φωτοηλεκτρικό, η ενέργεια που χάνει η ακτινοβολία μας, μεταφέρεται όλη στα φωτοηλεκτρόνια και στα ηλεκτρόνια Auger, που η εκπομπή τους επικρατεί σχεδόν εξ ολοκλήρου της ανταγωνιστικής εκπομπής χαρακτηριστικής ακτινοβολίας, στα υλικά χαμηλού Ζ, όπως είναι τα βιολογικά. Και επειδή τα ηλεκτρόνια αυτά έχουν επίσης χαμηλές ενέργειες και κινούνται σε υλικά χαμηλού Ζ, δεν θα έχουμε ακτινοβολία πέδησης, άρα η ενέργεια που μεταφέρθηκε θα απορροφηθεί όλη από το υλικό. Επομένως, η ενέργεια που χάνει η ακτινοβολία μας και που εκφράζεται με τον συντελεστή εξασθένισης μ, είναι ίση με την ενέργεια που απορρόφησε το υλικό και που εκφράζεται με τον συντελεστή απορρόφησης μ_en και έτσι:   μ_en /μ = 1

  - Στις μεσαίες και μεγάλες ενέργειες, όπου επικρατεί το Compton, ένα τμήμα της ενέργειας που χάνει η ακτινοβολίας μας, δεν μεταφέρεται στο υλικό, γιατί το παίρνουν μακριά τα φωτόνια Compton. Το τμήμα αυτό είναι σχετικά αξιόλογο στις μεσαίες ενέργειες, αν θυμηθούμε ( σχήμα 8 σελ. 71 Γεωργίου), πως τα ηλεκτρόνια Compton παίρνουν μικρότερο μέρος της ενέργειας του αρχικού φωτονίου, ενώ παίρνουν όλο και μεγαλύτερο, όσο αυξάνεται η ενέργεια των φωτονίων της ακτινοβολίας μας. Επομένως, στις μεσαίες ενέργειες μεταφέρεται ένα μέρος της ενέργειας ενώ στις μεγάλες, όλο και μεγαλύτερο. Τώρα, όσο οι ενέργειες δεν ξεπερνούν τα 10 MeV, εξακολουθούμε να μην έχουμε πέδηση, άρα ό,τι μεταφέρεται, απορροφάται. Έτσι  μ_en /μ < 1 για τις μεσαίες ενέργειες, αλλά πλησιάζει στο 1 στις μεγάλες.

   - Στις πολύ μεγάλες ενέργειες (ακτινοθεραπεία πολύ υψηλών ενεργειών) δεν μπορούμε να αγνοήσουμε την δίδυμη γένεση, στην οποία ένα τμήμα της ενέργειας που χάνει η ακτινοβολία μας δεν μεταφέρεται στο υλικό (φωτόνια εξαΰλωσης ), αλλά και αυτό που μεταφέρεται στα ηλεκτρόνια του υλικού, δεν απορροφάται όλο, αφού δεν μπορεί πια να αγνοηθεί τελείως η πέδηση. Επομένως  μ_en /μ < 1

*  Το σχήμα 11, σελ. 78 συμπυκνώνει μέχρις ενός σημείου ( δεν περιλαμβάνει την δίδυμη γένεση ) την συζήτηση που προηγήθηκε, αλλά παρατηρείστε πως η εκφώνηση αξιώνει ρητά την  αιτιολόγηση της απάντησης, που δεν περιέχεται στο σχήμα. Άλλωστε, θυμηθείτε πόσο καθαρά ζητούσαν σχήμα σε παλαιότερα θέματα. Τα σχήματα είναι κι αυτά ένας πολύ χρήσιμος και πυκνός τρόπος παρουσίασης συμπερασμάτων, δεν περιέχουν όμως αιτιολογήσεις…

Τέλος, να πω, ότι τα παραπάνω είναι μια ενδεικτική απάντηση των θεμάτων, ενώ σίγουρα μπορεί να απαντήσει κάποιος με πληρότητα, ακολουθώντας και άλλα μονοπάτια. Κυρίως ήθελα να εξηγήσω τον λόγο για τον οποίο χαρακτήρισα τα θέματα ως τα δυσκολότερα από την εποχή του καινούργιου βιβλίου. Δείχνουν σε όλους μας , την ανάγκη μιας όσο πιο πλήρους και σκληρής προετοιμασίας.