MEDICAL PHOTONICS FOR THE CLASSROOM
Acerca la física y la fotónica médica
a tus estudiantes de eso y bachillerato
La fotónica juega un papel creciente en diversas técnicas y prácticas médicas, incluidos el diagnóstico no invasivo, la imagen avanzada y las terapias. La fotónica médica es la base de muchas tecnologías que emplean a diario los médicos para diagnosticar, como, por ejemplo, los aparatos para mirar el oído, la garganta, el ojo. Los avances en medicina y en ciencias fotónicas prometen llevar nuevas tecnologías que beneficiarán a toda la sociedad. Sin embargo, muchas personas aún perciben la fotónica como una disciplina poco conocida.
ICFO ha creado y recogido diferentes herramientas y materiales dirigidos al profesorado de ESO y Bachillerato para acercar a las nuevas generaciones a este mundo.
En 2023, Turgut Durduran, profesor ICREA en el ICFO, recibió la Ayuda Orón para la cultura científica en catalán de la Fundación Catalana para la Investigación y la Innovación (FCRI). Decidió crear un proyecto educativo para las nuevas generaciones sobre el apasionante mundo de la fotónica médica y las tecnologías prometedoras que pueden beneficiar a la sociedad.
Así nació la plataforma Medical Photonics for the Classroom.
Con la ayuda de la FCRI (Convocatoria Joan Oró 2023)
La plataforma Medical Photonics for the Classroom es gratuita y se puede acceder en todo momento a través de esta página web.
Explora los cuatro apartados de la plataforma para aprender más sobre la fotónica médica y las tecnologías que se derivan, accediendo a herramientas que te ayudarán a acercarlas a tu alumnado. En particular, el último apartado que recoge unas actividades propuestas para realizar en el aula.
Muchos de los materiales están en formato video, para que los puedas parar o volverlos a mirar todas las veces que quieras.
Contacta con nosotros escribiendo a outreach@icfo.eu si tienes alguna duda, para enviarnos tus preguntas o pedirnos informaciones sobre las sesiones de formación por el profesorado de ESO y bachillerato sobre el contenido de la plataforma.
1. Introducción
¿Cómo puede calcular un reloj las pulsaciones de la persona que le lleva atado a la muñeca? No hace tantos años, el personal médico sólo podía obtener información del interior de sus pacientes a través del tacto, pero el uso de la luz ha revolucionado el mundo del diagnóstico en medicina. Gracias a los rayos X se pudieron obtener imágenes del interior del cuerpo de forma no invasiva, pero no es una tecnología al alcance de todos ni se puede abusar.
La investigación en las aplicaciones de la luz en medicina ha permitido desarrollar tecnologías que, sin ser perjudiciales para la salud, pueden detectar, no sólo las pulsaciones sino también información de la composición de los tejidos biológicos y la posible presencia de anomalías estructurales, en además de poder tratarlos.
La evolución tecnológica ha permitido generar de forma asequible diferentes fuentes de luz con unas propiedades interesantes en el ámbito médico, lo que ha supuesto grandes avances en el campo de la óptica y la fotónica aplicadas en el ámbito de la salud. Estas disciplinas científicas han logrado describir con modelos matemáticos y simular informáticamente el comportamiento de la luz no ionizante1 en los tejidos biológicos sanos y, de este modo, poder detectar diferencias ópticas cuando éstos presentan alguna anomalía.
A diferencia del uso de radiación más energética, como los rayos X, la aplicación de luz no ionizante no aporta información del interior del cuerpo humano en forma de imágenes, puesto que ésta se difunde. Por eso, en un principio no se contempló el uso de esta luz en aplicaciones médicas. Con el tiempo, la fotónica aplicada a la medicina ha generado herramientas para obtener información trabajando con este rango del espectro. Un tratamiento adecuado de las propiedades ópticas medidas permite obtener información estructural, funcional o química de las muestras.
Este proyecto da a conocer al alumnado de secundaria cómo el uso de la fotónica tiene actualmente un papel relevante en el diagnóstico y tratamiento médico. A través de la ejecución de las actividades propuestas el alumnado podrá ponerse en la piel de la comunidad científica y descubrir los retos con los que se ha encontrado y qué soluciones se han aportado para superar los obstáculos.
2. Introducción a la fotónica médica
Aunque los láseres pueden tener aplicaciones en muchos campos podemos utilizarlos para generar tecnologías que beneficien a la sociedad. En esta plataforma, descubrirá las tecnologías emergentes basadas en la óptica médica que prometen aportar ventajas a la sociedad, como es el caso de la salud.
Son muchas las tecnologías derivadas de los láseres y utilizadas en diferentes aplicaciones como verá en esta plataforma de entre otras en neuromedicina, medicina del deporte y oncología. El grupo del Turgut trabaja en estas disciplinas.
3. Tecnologías en fotónica médica en ICFO
El ICFO es un centro de investigación líder en el campo de la fotónica médica y suma sus esfuerzos a los de otros centros de investigación, empresas y hospitales coordinando la red de Fotónica Médica en Barcelona (BMPN) que tiene como objetivo promocionar las actividades en investigación y desarrollo en fotónica en el área de Barcelona y establecer colaboraciones a largo plazo entre ICFO y sus colaboradores biomédicos y clínicos.
3a. micro-charlas
Las personas que investigan en el ICFO hablan de su trabajo en el campo de la fotónica médica en píldoras de 5 minutos. Estos vídeos están en castellano.
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Medicina Óptica
Tecnologías fotónicas aplicadas a la salud
Vermu de nanociencia con Clara Vilches (ICFO) - Terapia Fototérmica de Cáncer con Nanopartículas de Oro
3b. Proyectos de investigación
Estos vídeos algo más técnicos explican algunos de los proyectos que se están llevando a cabo en el ICFO para desarrollar nuevas tecnologías en fotónica médica. Algunos vídeos se encuentran en el canal de Youtube del ICFO y tienen subtítulos en catalán, otros sólo tienen subtítulos en inglés.
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TinyBrains
LUCA project
Made@ICFO: Non-Invasive health monitoring
VASCOVID
Babylux
3c. Serie Clara & Bob
Estos vídeos orientados más a estudiantes son una serie desarrollada por propósitos educativos.
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Clara & Bob: Mirando dentro de Bob. Episodio 1
Clara & Bob: Let's talk about lasers! Episodio 2
Clara & Bob: Let's talk about babies! Episodio 3
Clara, Bob and the City of Bandits. Episodio 4
Clara & Bob: Red light means go! Episodio 5
Clara & Bob: How the body works when you work your body. Episodio 6
Clara & Bob: Brainstorming to save lives! Episodio 7
Clara & Bob: Humans and plants are one and the same. Episodio 8
4. Fotónica médica en el aula
Hemos preparado actividades y materiales para ayudarte a acercar el fascinante mundo de la fotónica médica a las nuevas generaciones.
4a. Módulo 1: Luz y materia viva
En una primera etapa, los alumnos empezarán explorando la luz y cómo interacciona con su cuerpo. Seguidamente, trabajarán con distintos modelos que tienen propiedades ópticas similares a las de los tejidos biológicos. Además, como en investigación también construirán sus modelos de alguna parte del cuerpo.
4b. Módulo 2: El problema directo
Los alumnos profundizarán en el estudio de la interacción entre la luz y distintos medios transparentes y dispersivos. Además, aprenderán cómo estos conocimientos se aplican a la fotónica médica.
4c. Módulo 3: Tomografía.
La luz también puede darnos información del interior de nuestro cuerpo. Una técnica utilizada en medicina es la tomografía que se basa en la reconstrucción de imágenes. Con esta actividad los alumnos trabajarán la construcción de un modelo simulado, la parte de calibración, el estudio de diferentes configuraciones y el uso de algoritmos y el análisis de datos.
4d. Módulo 4: Pseudociencias
La luz es una herramienta muy accesible y fácilmente a utilizar. Desgraciadamente, muchas terapias utilizan la luz y prometen curar, embellecer, hacer crecer el cabello, etc.
Esta actividad trabaja el desarrollo del pensamiento crítico y la argumentación donde se presentan unas terapias que son basadas en la ciencia y otras que son pseudociencia y por tanto, carecen de una base científica. Se trata de que aprendan a diferenciar entre lo que es ciencia de la pseudociencia ya prestar atención a las informaciones que se dan para saber distinguir.
La segunda parte de la actividad trata de inventar terapias que utilicen la luz basándose en los ejemplos de la primera parte. Con ayuda de una guía los alumnos deben inventar una pseudoterapia con información que parezca que es válida científicamente y presentarla ante el resto del alumnado.
Para ir más allá, y desarrollar herramientas para identificar noticias falsas, desarrollamos un taller junto a dos centros de investigación del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST): el IBEC y el IRB Barcelona.
4e. Módulo 5: Coherencia y speckles
Un aspecto importante de los láseres son los “speckles”, manchas brillantes y oscuras que se ven cuando el punto del láser colisiona con una superfície y de las cuales se puede extraer información, en el caso de la fotónica médica se puede medir el flujo sanguinio.
En esta actividad el alumnado aprenderá a extraer información de los speckles a partir de imágenes utilizando un modelo simulado.
4f. Proyectos de investigación para estudiantes de bachillerato (Treballs de recerca)
Ofrecemos periódicamente unas actividades prácticas en las que el alumnado más motivado puede venir al ICFO a profundizar los conocimientos en fotónica médica. Consulta el calendario de actividades para informarle sobre las próximas sesiones disponibles.
Contacta con nosotros si tienes alumnos/as con preguntas sobre fotónica médica: podemos organizar una reunión (presencial o virtual) para responderlas.
En este enlace puedes consultar algunos de los trabajos de investigación que se presentaron en las ediciones anteriores del Young Photonics Congress, un congreso científico organizado cada año por el ICFO en el que estudiantes de secundaria exponen sus proyectos sobre fotónica.
4g. ICFO Decide Game
El ICFO Decide Game es una actividad basada en el PlayDecide para introducir la fotónica y la investigación que se realiza en el ICFO de manera entretenida. Se trata de un trabajo de grupo colaborativo que sirve también para desarrollar el pensamiento crítico y habilidades de comunicación verbal.
Puedes organizar uno de forma autónoma en tu clase o participar en una sesión guiada (consulta nuestro Calendario de actividades).
ICFO ha diseñado más Decide Games que podrás encontrar en los apartados sobre Energías sostenibles i Física cuántica.
Tu opinión es importante
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