MEDICAL PHOTONICS FOR THE CLASSROOM
Apropa la física i la fotònica mèdica
als teus alumnes d’eso i batxillerat
La fotònica juga un paper creixent en diverses tècniques i pràctiques mèdiques, inclosos el diagnòstic no invasiu, la imatge avançada i les teràpies. La fotònica mèdica és la base de moltes tecnologies que empren diàriament els metges per diagnosticar, com, per exemple, els aparells per mirar l’oida, la gola, l’ull. Els avenços en medicina i en ciències fotòniques prometen portar noves tecnologies que beneficiaran tota la societat. Malgrat això, moltes persones encara perceben la fotònica com una disciplina poc coneguda.
L’ICFO ha creat i recollit eines i materials dirigits al professorat d’ESO i batxillerat per apropar les noves generacions a aquest món.
Al 2023, Turgut Durduran, professor ICREA a l’ICFO, va rebre l’Ajut Oró per a la cultura científica en català de la Fundació Catalana per a la Recerca i la Innovació (FCRI). Va decidir crear un projecte educatiu per a les noves generacions sobre l’apassionant món de la fotònica mèdica i les tecnologies prometedores que poden beneficiar la societat.
Així és com va néixer la plataforma Medical Photonics for the Classroom.
Amb el suport de l’FCRI (Convocatòria Joan Oró 2023)
La plataforma Medical Photonics for the Classroom és gratuïta i es pot accedir en tot moment a través d’aquesta pàgina web.
Explora els quatre apartats de la plataforma per aprendre més sobre la fotònica mèdica i les tecnologies que se’n deriven, accedint a eines que t’ajudaran a apropar-les al teu alumnat. En particular, l’últim apartat que recull unes activitats proposades per realitzar a l’aula.
Molts dels materials estan en format vídeo, per tal que els puguis aturar o remirar-los totes les vegades que vulguis.
Contacta amb nosaltres a outreach@icfo.eu si tens cap dubte, per a enviar-nos les teves preguntes o demanar-nos informacions sobre les sessions de formació pel professorat d’ESO i batxillerat sobre el contingut de la plataforma.
1. Introducció
Com pot calcular un rellotge les pulsacions de la persona que el porta lligat al canell? No fa pas tants anys, el personal mèdic només podia obtenir informació de l’interior dels seus pacients a través del tacte, però l’ús de la llum ha revolucionat el món del diagnòstic en medicina. Gràcies als rajos X es van poder obtenir imatges de l’interior del cos de forma no invasiva, però no és una tecnologia a l’abast de tothom ni se’n pot abusar.
La recerca en les aplicacions de la llum en medicina ha permès desenvolupar tecnologies que, sense ser perjudicials per a la salut, poden detectar, no només les pulsacions sinó també informació de la composició dels teixits biològics i la possible presència d’anomalies estructurals, a més de poder-los tractar.
L’evolució tecnològica ha permès generar de forma assequible diferents fonts de llum amb unes propietats interessants en l’àmbit mèdic, fet que ha suposat grans avenços en el camp de l’òptica i la fotònica aplicades en l’àmbit de la salut. Aquestes disciplines científiques han aconseguit descriure amb models matemàtics i simular informàticament el comportament de la llum no ionitzant1 en els teixits biològics sans i, d’aquesta manera, poder detectar diferències òptiques quan aquests presenten alguna anomalia.
A diferència de l’ús de radiació més energètica, com els rajos X, l’aplicació de llum no ionitzant no aporta informació de l’interior del cos humà en forma d’imatges, ja que aquesta es difon. Per aquest fet, en un principi no es va contemplar l’ús d’aquesta llum en aplicacions mèdiques. Amb el temps la fotònica aplicada a la medicina ha generat eines per obtenir informació treballant amb aquest rang de l’espectre. Un tractament adequat de les propietats òptiques mesurades permet obtenir informació estructural, funcional o bé química de les mostres.
Aquest projecte dona a conèixer a l’alumnat de secundària com l’ús de la fotònica té actualment un paper rellevant en el diagnòstic i tractament mèdic. A través de l’execució de les activitats proposades l’alumnat es podrà posar a la pell de la comunitat científica i descobrir els reptes amb què s’ha trobat i quines solucions s’han aportat per superar els obstacles.
2. Introducció a la fotònica mèdica
Tot i que els làsers poden tenir aplicacions en molts camps podem fer-los servir per generar tecnologies que beneficiïn la societat. En aquesta plataforma, descobrireu les tecnologies emergents basades en l’òptica mèdica que prometen aportar avantatges a la societat, com és el cas de la salut.
Són moltes les tecnologies derivades dels làsers i utilitzades en diferents aplications com veureu en aquesta plataforma d’entre d’altres en neuromedicina, medicina de l’esport i oncologia. El grup del Turgut treballa en aquestes disciplines.
Fes clic als elements següents per veure el contingut.
Òptica Mèdica
Bases de les tecnologies
Tecnologies
Aplicacions
Història de la Fotònica Mèdica
Recerca translacional
3. Tecnologies en fotònica mèdica a l’ICFO
L’ICFO és un centre de recerca capdavanter en el camp de la fotònica mèdica i suma els seus esforços als d’altres centres de recerca, empreses i hospitals coordinant la xarxa de Fotònica Mèdica a Barcelona (BMPN) que té com a objectiu promocionar les activitats en investigació i desenvolupament en fotònica en el àrea de Barcelona i establir col·laboracions a llarg termini entre ICFO i els seus col·laboradors biomèdics i clinics.
3a. micro-xerrades
Les persones que fan recerca a l’ICFO parlen del seu treball en el camp de la fotònica mèdica en píndoles de 5 minuts. Aquests vídeos són en castellà.
Fes clic als elements següents per veure el contingut.
Medicina Óptica
Tecnologías fotónicas aplicadas a la salud
Vermu de nanociencia con Clara Vilches (ICFO) - Terapia Fototérmica de Cáncer con Nanopartículas de Oro
3b. Projectes de recerca
Aquests vídeos una mica més tècnics expliquen alguns dels projectes que s’estan duent a terme a l’ICFO per desenvolupar noves tecnologies en fotònica mèdica. Alguns vídeos es troben al canal de Youtube de l’ICFO i tenen subtítols en català, altres només tenen subtítols en anglès.
Fes clic als elements següents per veure el contingut.
TinyBrains
LUCA project
Made@ICFO: Non-Invasive health monitoring
VASCOVID
Babylux
3c. Sèrie Clara & Bob
Aquests vídeos orientats més a estudiants són una sèrie desenvolupada per propòsits educatius.
Fes clic als elements següents per veure el contingut.
Clara & Bob: Veient dins del Bob. Episodi 1
Clara & Bob: Parlem de làsers! Episodi 2
Clara & Bob: Parlem sobre bebès! Episodi 3
Clara, Bob i la Ciutat dels Bandits. Episodi 4
Clara & Bob: Llum vermell vol dir anar! Episodi 5
Clara & Bob: Com treballa el teu cos quan el fas treballar? Episodi 6
Clara & Bob: Brainstorming per a salvar vides. Episodi 7
Clara & Bob: Els humans i les plantes son un i el mateix. Episodi 8
4. Fotònica mèdica a l’aula
Hem preparat activitats i materials per ajudar-te a apropar el fascinant món de la fotònica mèdica a les noves generacions.
4a. Mòdul 1: Llum i matèria viva
En una primera etapa, els alumnes començaran explorant la llum i com interacciona amb el seu cos. Seguidament, treballaran amb diferents models que tenen propietats òptiques similars a les dels teixits biològics. A més, com es fa en recerca també construiran els seus models d’alguna part del cos.
L’activitat per ampliar coneixements proposa que l’alumnat dugui a terme experiments similars als realitzats amb llum visible, però aquesta vegada utilitzant llum infraroja (IR). Aquest procés inclou la detecció de llum IR amb una càmera, la modificació d’una càmera per eliminar el filtre IR, i l’ús d’una font de llum IR per fer observacions del cos humà.
4b. Mòdul 2: El problema directe
Els alumnes aprofundiran en l’estudi de la interacció entre la llum i diferents medis transparents i dispersius. A més, aprendran com aquests coneixements s’apliquen a la fotònica mèdica.
L’activitat per ampliar coneixements proposa que l’alumnat treballi la relació entre la resolució de la imatge (nombre de píxels) i la mida del fitxer, així com l’impacte en la qualitat de la imatge. També es pretén fer la relació entre el nombre de bits i els píxels.
4c. Mòdul 3: Tomografia.
La llum també ens pot donar informació de l’interior del nostre cos. Una tècnica emprada en medicina és la tomografia que es basa en la reconstrucció d’imatges. Amb aquesta activitat els alumnes treballaran la construcció d’un model simulat, la part de calibratge, l’estudi de diferents configuracions i l’us d’algoritmes i l’anàlisi de dades.
L’activitat per ampliar coneixements proposa que l’alumnat conegui el procediment que se segueix per obtenir les dades i analitzar-les per fer la reconstrucció tomogràfica. Aquest procés inclou des de la presa de projeccions fins a la visualització de les imatges finals, passant per l’ús d’algoritmes de reconstrucció específics per a cada tècnica.
4d. Mòdul 4: Pseudociències
La llum es una eina molt accessible i fàcilment a utilitzar. Malauradament, moltes teràpies fan ús de la llum i prometen curar, embellir, fer crèixer el cabell, etc.
Aquesta activitat treballa el desenvolupament del pensament crític i l’argumentació on es presenten unes teràpies que són basades en la ciència i unes altres que són pseudociència i per tant, manquen d’una base científica. Es tracta que aprenguin a diferenciar entre lo que és ciència de la pseudociència i a parar atenció a les informacions que es donen per saber distingir.
La segona part de la activitat tracta d’inventar teràpies que utilitzen la llum basant-se en els exemples de la primera part. Amb ajuda d’una guia els alumnes han d’inventar una pseudoteràpia amb informació que sembli que és vàlida científicament i presentar-la davant de la resta de l’alumnat.
L’activitat per ampliar coneixements proposa a l’alumnat uns exemples de l’impacte social de dues tècniques que van arribar molt lluny.
Per anar més enllà, i desenvolupar eines per identificar notícies falses, vam desenvolupat un taller juntament amb dos centres de recerca del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST): l’IBEC i l’IRB Barcelona.
4e. Mòdul 5: Coherència i speckles
Un aspecte important dels làsers són els “speckles”, taques brillants i fosques que es veuen quan el punt del làser col·lisiona amb una superficie i de les quals es pot extreure informació, en el cas de la fotònica mèdica es pot mesurar el flux sanguini.
En aquesta activitat l’alumnat aprendrà a extreure informació dels speckles a partir d’imatges mitjançant un model simulat.
4f. Treballs de recerca
Oferim periòdicament unes activitats pràctiques on l’alumnat més motivat pot venir a l’ICFO a apronfondir els coneixements en fotònica mèdica. Consulta el calendari d’activitats per informar-te sobre les pròximes sessions disponibles.
Contacta amb nosaltres si tens alumnes amb preguntes sobre fotònica mèdica: podem organitzar una reunió (presencial o virtual) per respondre-les.
En aquest enllaç pots consultar alguns dels treballs de recerca que es van presentar a les edicions anteriors del Young Photonics Congress, un congrés científic organitzat cada any per l’ICFO on estudiants de secundària exposen els seus projectes sobre fotònica.
4g. ICFO Decide Game
L’ICFO Decide Game és una activitat basada en el PlayDecide per a introduir la fotònica i la recerca que es fa a l’ICFO de manera entretinguda. Es tracta d’un treball de grup col·laboratiu que serveix també per a desenvolupar el pensament crític i les habilitats de comunicació verbal.
Pots organitzar-ne un de manera autònoma a la teva classe o participar en una sessió guiada (consulta el nostre Calendari d’activitats).
ICFO ha dissenyat més Decide Games que podràs trobar als apartats sobre Energies sostenibles i Física quàntica.
La teva opinió és important
Ajuda’ns a millorar donant-nos la teva opinió sobre la plataforma Medical Photonics for the Classroom.
RELATED PROGRAMS
ICFO Maciej lewenstein Quantum school for teachers
Apropa la física i les tecnologies quàntiques al teu alumnat d’ESO i batxillerat