background image

- 1 - 

College of Medicine                        

                      Time : 2 hrs     

Dept. of Physio& Medical Physics                                      Jun:10 ,2020  
Light in Medicine                                                                Course : MPH2 

      

     

 

**************************************************************************** 

Light in Medicine

 /PART2 

Applications of ultraviolet and infrared light in medicine 

The  wavelengths  adjacent  to  the  visible  spectrum  also  have 

important uses in medicine. Ultraviolet photons have energies greater than 

visible  photons,  while  IR  photons  have  lower  energies,  because  of  their 

higher  energies, UV photons are more useful than IR photons. 

 

Ultraviolet  light  with  wavelengths  below  about  290  nm  is  germicidal-

that  is,  it  can  kill  germs-and  it  is  sometimes  used  to  sterilize  medical 

instruments. Ultraviolet light also produces more reactions in the skin than 

visible light. Some of these reactions are beneficial, and some are  harmful. 

One of the major beneficial effects of UV light from the sun is the  conversion 

of  molecular  products  in  the  skin  into  vitamin  D  and  improves  certain 

skin condition. 

Ultraviolet light from the sun affects the melanin in the skin to cause 

tanning.  However,  UV  can  produce  sunburn  as  well  as  tan  the  skin.  The 

wavelengths that produce sunburn are around 300 nm,  just at the edge of the 

solar spectrum. The amount of 300 nm light in the sun's spectrum 

depends 

on the amount of atmosphere that the sunlight must pass through. In winter 

in northern climates the angle of the sun is such that the atmosphere absorbs 

nearly all of the wavelengths that produce sunburn. In the early morning and 

late  afternoon  of  summer  days  the  angle  of  the  sun  is  again  such  that  the 

UV wavelengths that produce sunburn  are filtered out by the  atmosphere. 


background image

- 2 - 

Ordinary  window  glass  permits  some  near  UV  to  be  transmitted  but 

absorbs the sunburn component. 

Solar  UV  light  is  also  the  major  cause  of 

skin  cancer  in  humans. 

The high incidence of skin cancer among people, who have been exposed to 

the  sun  a  great  deal,  such  as  fishermen  and  agricultural  workers,  may  be 

related  to  the  fact  that  the  UV  wavelengths  that  produce  sunburn  are  also 

very well absorbed by the DNA in the cells. Skin cancer usually appears on 

those portions of the body that have received the most sunlight, such as the 

tip of the nose, the tops of the ears, and the back of the neck. Fortunately, 

skin cancer is easily cured if it is detected in its early stage. 

You probably know that the sky is blue because light of short (blue) 

wavelengths  is  scattered  more  easily  than  light  of  long  wavelengths. 

Ultraviolet  light  has  even  shorter  wavelengths  than  blue  light  and  is 

scattered even more easily.  About half of  the  UV light  hitting the skin  on 

a summer  day  comes  directly  from  the  sun  and  the  other  half  is  scattered 

from  the  air  in  other  parts  of  the  sky.  Thus  you  can  get  a  sunburn  even 

when you are sitting in the shade under a small tree. Even when the sky is 

completely  covered  with  clouds  about  one  half  of  the  UV  light  gets 

through.    

   Ultraviolet light cannot be seen by the eye because it is absorbed before it 

reaches the retina . The large percentage of near-UV light absorbed by the 

lens may be the cause of some cataracts (

opacities of the lens). 

    Individuals who have had the lens of an eye removed because of a cataract are 

able  to  see  in  to  the  near–UV  region  because  the  major  absorber  is  no  longer 

present. 

About  half  of  the  energy  from  the  sun  is  in  the  IR  region.  The  warmth  we 

feel from the sun is mainly due to the IR component. The IR rays are not 

usually hazardous even though they are focused by the cornea  and  lens of 


background image

- 3 - 

the  eye  onto  the  retina.  However,  looking  at  the  sun  through  a  filter  (

e.g., 

plastic sunglasses) that removes most of the visible light and allows most 

of the IR wavelengths through can cause a burn on the retina . Some people 

have  damaged  their  eyes  in  this  way  by  looking  at  the  sun  during  a  solar 

eclipse.  Dark  glasses  absorb  varying  amounts  of  the  IR  and  UV  rays  from 

the sun. 

Heat  lamps  that  produce  a  large  percentage  of  IR  light  with 

wavelengths  of  1000  to  2000  nm  are  often  used  for  physical  therapy 

purposes. Infrared  light  penetrates  further  into  the  tissues  than  visible  light 

and  thus   is   better  able  to  heat deep tissues. 

    Two  types  of  IR  photography  are  used  in  medicine: 

reflective  IR 

photography and 

emissive IR photography. The latter, which uses the long IR 

heat  waves  emitted  by  the  body  that  give  an  indication  of  the  body 

temperature,  is  usually  called 

thermography.  Reflective  IR  photography, 

which uses wavelengths of 700 to 900 nm to show the patterns of veins just 

below  the  skin.  Some  of  these  veins  are  visible  to  the  eye,  but  many  more 

can  be  seen  on  a  near-IR  photograph  of  the  skin.  Since  the  temperature  at 

the  skin 

depends  on  the  local  blood  flow,  a  thermogram  with  good 

resolution shows the venous pattern much like a near-IR photograph. 

   There  is  considerable  variation  in  the  venous  patterns  of  normal 

individuals.  Even  in  the  same  individual  the  venous  patterns  in  the  two 

breasts  may  be  quite  different.  Cancer  and  other  diseases  can  cause 

changes  in  the  venous  pattern,  but  these  changes  can  be  masked  by  the 

normal  variations.  Also,  a  layer  of  fat  beneath  the  skin  can  reduce  the 

appearance of the venous pattern. Nevertheless, IR photograph can be used 

to follow changes in the venous pattern.  

   Near  IR  penetrates  about  3mm  below  the  skin  regardless  of  the  color  of  the 

skin. Also, differently colored skins reflect about the same amount of IR, so that 


background image

- 4 - 

IR photographs of blacks and whites appear about the same. The IR photograph 

shows  the  venous  pattern,  but  the  variations  in  the  melanin  content  of  the  skin 

due to the suntan are not apparent. 

Infrared  can  also  be  used  to  photograph  the  pupil  of  the  eye  without 

stimulating the reflex that changes its size. 

   Infrared  photographs  of  biological  specimens  illuminated  with  blue-green 

light sometimes show IR luminescence (fluorescence or phosphorescence).  

 

Lasers in medicine 

     A laser is a unique light source, that emits a narrow beam of light of a 

single wavelength (monochromatic light) in which each wave is in phase 

with the others near it (coherent light). Laser is an acronym for Light 

Amplification by Stimulated Emission of Radiation. 

    While the basic theory for lasers was proposed by Albert Einstein in 

1917, the first successful laser was not made until 1960, when T. H. 

Maiman produced a laser beam from a ruby crystal. Since 1960 scientists 

have made many types of lasers using gases and liquids as well as solids 

as the laser materials. 

   In a laser, energy that has been stored in the laser material (e.g., ruby) is 

released as a narrow beam of light-either as a steady beam continuous 

wave (CW) or an intense pulse. The beam remains narrow over long 

distances and can be thought of as an ideal "spot" light. A laser beam can 

be focused to be a spot only a few microns in diameter. When all of the 

energy of the laser is concentrated in such a small area, the power density 

becomes very large. The total energy of a typical laser pulse used in 

medicine, which is measured in millijoules (mJ), can be delivered in less, 

than a microsecond . 


background image

- 5 - 

   When an electron makes a transition from higher energy to lower 
energy state, a photon is emitted . The emission process can be one of two 
types, spontaneous emission or stimulated emission.

 

• In spontaneous emission the photon is emitted spontaneously, in a 
random direction, without external provocation .

 

• In stimulated emission an incoming photon stimulates the electron to 
change energy levels. To produce stimulated emission, however, the 
incoming photon must have energy that exactly matches the difference 
between the energies of two levels .

 

 

 

           The operation of lasers depends on stimulated emission.

 

Stimulated emission has three important features.

 

1

-One photon goes in and two photons come out  .The process amplifies 

the number of photons. This is the origin the word laser which is an a 
crony for light amplification by the stimulated emission radiation

 

2

-The emitted photon travels in the same direction as incoming photon.

 

3

-The emitted photon is exactly in step with or has same phase as the 

incoming photon. In other word, the two electromagnetic waves that these 

two photons represent are coherent. 

   In medicine laser are used primarily to deliver energy to tissue

i.The laser wave length used should be strongly absorbed by tissue .The 

short wave (400-600nm) are always absorbed better than the long wave 

(700nm) . 

ii. Laser energy directed to human tissue cause a rapid rise in temperature 

and can destroy the tissue .The amount of damage to living tissue depends 

on time the tissue is exposed to increased temperature. 

 


background image

- 6 - 

Useful 

1. It is used by surgeons for the painless removed of eye tumors 
2. 
It is used as a (bloodless knife) in surgery. 
3. Repairing retinal tears or holes that develop prior to retinal detachment. 
(Photocoagulation). 
4. 
Treatment of the diabetic ethnography i.e. the complications of 
diabetes that affect the retina, (photocoagulation)
5. In medical research it is used for special three-dimensional imaging 
called(holography)

6.The amount of laser energy needed for photocoagulation depends on 

the spot size used. In general, the proper dose is determined visually by 

the ophthalmologist at the time of the treatment. 

 

 

  The minimum amount of laser energy that will do observable damage to 

the retina is called the minimal reactive dose (MRD). 

 

 

 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام عضوان و 232 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل