Поняття про електрокардіографію органів і тканин. Фізичні та біофізичні основи реографії

Фізичні та біофізичні основи електрокардіографії. Перша концепція Ейнтховена про генез ЕКГ (серце—електричний диполь, потенціал електричного поля, система підведень). Закон Ома в диференційній формі, електропровідність біологічних тканин. Друга концепція ЕКГ (серце—електродиполь, потенціал струмового диполя).

Фізичні та біофізичні основи реографії. Зв’язок деформації кровоносних судин із зміною їх електричного опору. Ланцюги змінного струму, що містять активний, ємнісний, та індуктивний опори. Векторні діаграми та імпеданс. Ємнісні властивості та еквівалентні електричні схеми біологічних тканин. Коефіцієнт дисперсії імпедансу.

Практичне заняття

Вивчення роботи електрокардіографа, реографа

Серце як електричний диполь. Електричне поле диполя. Теорія Ейнтховена. Поняття про вектор-електрокардіографію. Серце як струмів диполь. Потенціал поля струмового диполя. Спрощена блок-схема електрокардіографа.

Практичні навички:

— вміти підключати відведення електрокардіографа до відповідних точок тіла людини;

— трактувати електрокардіограми на підставі аналізу основних концепцій електрокардіографії.

ЛЕКЦІЇ

Загальна характеристика діагностичної медичної апаратури

Використання електронної медичної апаратури в діагностиці (рентгенівські дослідження, комп’ютерна томографія, електронний парамагнітний резонанс, магнітно-резонансна томографія, ультразвукові обстеження, радіоізотопне сканування, ендоскопія, тепло бачення, електрокардіографія, ехокардіографія, електроміографія тощо). Електроди та датчики. Підсилення та генерація сигналів. Правила безпеки під час роботи з діагностичною електронною медичною апаратурою.

Загальна характеристика лікувальної (фізіотерапевтичної) медичної апаратури

Використання електронної медичної апаратури в лікувальному процесі (гальванізація, лікувальний електрофорез, дарсонвалізація, УВЧ-терапія, індуктотермія, франклінізація, мікрохвильова терапія, ультразвукова терапія, світлолікування тощо). Правила безпеки під час роботи з лікувальною електронною медичною апаратурою.

Практичні заняття

Вивчення роботи апарату УВЧ-терапії

Вивчити принцип дії апарату для УВЧ-терапії, призначати терапевтичний контур, первинну дію електричного поля УВЧ на діелектрики та електроліти. Вміти налаштувати аппарат УВЧ для безпечної роботи.

Вивчення роботи апарату НВЧ-терапії

Ознайомитися з блок-схемою приладу. Вивчити механізм дії НВЧ-випромінювання на діелектрики та електроліти. Вміти підготувати апарат для

безпечної роботи.

Практичні навички:

— класифікувати електронну медичну апаратуру, що застосовується у фізіотерапії:

— дослідити принцип дії апарату УВЧ-терапії, призначення терапевтичного контура, первинну дію електричного поля УВЧ на діелектрики та електроліти;

— вміти налаштувати апарат УВЧ для безпечної роботи;

— досліджувати на моделях вплив електричного поля УВЧ на діелектрики та електроліти;

— оволодіти блок-схемою приладу НВЧ;

— досліджувати механізм дії НВЧ—випромінювання на діелектрики та електроліти;

— вміти підготувати апарат для безпечної роботи;

— досліджувати залежність температури від глибини проникнення сантиметрових хвиль на моделях біологічних тканин;

— пояснювати механізм дії магнітного (постійного та змінного) та електромагнітного полів на біологічні об’єкти на підставі аналізу фізичних та біофізичних процесів, що відбуваються в біологічних тканинах під дією фізичних полів в організмі людини;

— зробити висновок про біофізичні механізми взаємодії електричного та магнітного полів з біологічними тканинами.

ЛЕКЦІЇ

Оптичні методи вивчення біологічних об’єктів

Елементи геометричної оптики. Основні фотометричні величини. Лінзи. Око як оптична система. Формування зображення предметів у оці. Акомодація. Механізми зорового сприйняття. Денне та сутінкове бачення. Чутливість ока. Поле зору. Кольорове бачення. Недоліки ока. Центрована оптична система. Оптична мікроскопія. Основні характеристики мікроскопа. Поглинання світла. Розсіяння світла. Колориметрія. Нефелометрія. Поляриметрія. Дисперсія світла. Рефрактометрія і волоконна оптика, їх використання у медицині. Поняття про голографію.

Теплове випромінювання біологічних об’єктів. Термографія

Теплове випромінювання тіл, його характеристики. Абсолютно чорне та сірі тіла. Закон Кірхгофа. Закони випромінювання абсолютно чорного тіла: Закон випромінювання Планка, закон Стефана—Больцмана, закон зміщення Віна. Теплове випромінювання тіла людини. Поняття про термографію.

Резонансні методи квантової механіки. ЯМР-томографія

Резонансні методи квантової механіки. Ядерний магнітний резонанс, електронний парамагнітний резонанс, їх застосування в медицині (ЯМР-томографія тощо). Люмінесценція. Види люмінесценції, основні закономірності, властивості. Закон Стокса. Застосування люмінесценції в медицині.

Явище фотоефекту. Зовнішній та внутрішній фотоелектричні ефекти та їх використання в медицині.

Індуковане випромінювання. Лазери та використання їх у медицині

Спонтанне та індуковане випромінювання. Лазери. Властивості лазерного випромінювання. Біологічна дія лазерного випромінювання. Застосування лазерів у медицині.

Рентгенівське випромінювання. Радіоактивність. Дозиметрія

Рентгенівська трубка. Спектр та характеристики рентгенівського випромінювання. Властивості рентгенівського випромінювання. Взаємодія рентгенівського випромінювання з речовиною. Рентгендіагностика і рентгенотерапія.

Радіоактивність, основні види і властивості. Закон радіоактивного розпаду. Період напіврозпаду. Активність, одиниці активності. Йонізуюче випромінювання, властивості та основні механізми взаємодії з біологічними об’єктами. Захист від йонізуючого випромінювання. Фізичні та біофізичні проблеми, пов’язані з аварією на Чорнобильській АЕС.

Дозиметрія йонізуючого випромінювання. Експозиційна та поглинена дози. Еквівалентна біологічна доза. Потужність доз. Одиниці доз і потужностей доз.

Практичне заняття

Вивчення роботи дозиметра

Експозиційна доза і потужність експозиційної дози, їхні одиниці. Поглинена доза і потужність поглиненої дози, їхні одиниці. Еквівалентна доза і потужність еквівалентної дози, їхні одиниці. Дозиметри йонізуючого випромінювання , їхнє призначення, характеристики та принцип роботи. Розв’язування задач.

Практичні навички:

— оволодіти блок-схемою дозиметра;

— вміти підготувати апарат для безпечної роботи;

— управляти дозиметром,

— оволодіти роботою дозиметра;

— визначати показники дозиметра від контрольного джерела;

— вимірювати експозиційні дози (їх потужність), що випромінюється радіоактивним джерелом.

ПЕРЕЛІК ПРАКТИЧНИХ НАВИЧОК

1. Трактувати основні фізичні поняття біоакустики.

2. Пояснювати фізичні основи аудіометрії як методу дослідження слуху.

3. Демонструвати навички роботи з аудіометром.

4. Трактувати біофізичні механізми дії ультразвуку та інфразвуку на організм людини.

5. Пояснювати механізми, що лежать в основі використання ультразвуку в медицині;

6. Трактувати механічні моделі в’язкопружних властивостей біологічних тканин.

7. Пояснювати закон Гука.

8. Класифікувати види деформацій.

9. Визначати модуль Юнга та коефіцієнт Пуассона.

10. Аналізувати діаграми та їх характеристичні точки, пружні та в’язкопружні властивості деяких біологічних тканин.

11. Трактувати основні фізичні поняття біореології та геодинаміки.

12. Пояснювати явища поверхневого натягу та в’язкості рідин.

13. Трактувати газову емболію як фізичне явище.

14. Демонструвати навички вимірювання коефіцієнтів поверхневого натягу та в’язкості рідин.

15. Пояснювати фізичні основи методів вимірювання в’язкості крові й методів вимірювання тиску крові та швидкості кровообігу.

16. Трактувати електрокардіограми на підставі аналізу основних концепцій електрокардіографії.

17. Класифікувати електронну медичну апаратуру, що застосовується у фізіотерапії.

18. Пояснювати фізичні основи дії постійного і змінного електричного електричного полів на організм людини та вирізняти використовувані фізіотерапевтичні (лікувальні) методики.

19. Оволодіти принципом дії апарату УВЧ і НВЧ-терапії. Призначення, терапевтичний контур, первинна дія електричного поля на діелектрики та електроліти.

20. Вміти налаштувати апарати УВЧ і НВЧ-терапії для безпечної роботи.

21. Досліджувати на моделях вплив електричного поля УВЧ на діелектрики та електроліти.

22. Вміти підготувати апарат для безпечної роботи.

23. Досліджувати залежність температури від глибини проникнення сантиметрових хвиль на моделях біологічних тканин.

24. Пояснювати механізм дії магнітного ( постійного та змінного) та електромагнітного полів на біологічні об’єкти на підставі аналізу фізичних та біофізичних процесів, що відбуваються в біологічних тканинах під дією фізичних полів в організмі людини.

25. Зробити висновок про біофізичні механізми взаємодії електричного і магнітного полів з біологічними тканинами.

ПЕРЕЛІК ПИТАНЬ

ДО ДИФЕРЕНЦІЙОВАНОГО ЗАЛІКУ

1. Деформації, їх види. Пружність та пластичність. Закон Гука. Модуль Юнга. Коефіцієнт Пауссона. Деформаційні властивості біологічних тканин.

2. Поверхневий натяг. Коефіцієнт поверхневого натягу та методи його визначення. Газова емболія.

3. Внутрішнє тертя. В’язкість. Формула Ньютона для внутрішнього тертя. Ньютонівські та неньютонівські рідини. В’язкість крові.

4. Стаціонарний плин рідин. Рівняння неперервності. Лінійна та об’ємна швидкості. Основне рівняння динаміки рідин.

5. Ламінарний та турбулентний плин. Число Рейнольдса. Рівняння Бернуллі. Плин в’язких рідин. Формула Пуазейля. Гідравлічний опір.

6. 6. Основні положення рівноважної термодинаміки. Ентропія. Принцип Больцмана. Значення термодинаміки в проблемі охорони навколишнього середовища.

7. Основні положення нерівноважної термодинаміки (лінійний закон, виробництво ентропії, спряження потоків). Стаціонарний стан відкритих систем. Теорема Пригожина.

8. Структурна організація біологічних мембран. Фізичні властивості біомембран. Рідкокристалічний стан біомембран. Динамічні властивості мембран.

9. Пасивний транспорт речовин крізь мембранні структури. Рівняння Фіка. Швидкість дифузії. Рівняння Ернста—Планка. Електрохімічний градієнт і потенціал. Рівняння Теорелла.

10. Активний транспорт, основні види. Молекулярна організація активного транспорту на прикладі роботи K-Na-насоса. Спряження потоків.

11. Природа мембранного потенціалу спокою (рівноважні потенціали Периста для різноманітних йонів, дифузійний потенціал, потенціал Доннана).

12. Природа мембранного потенціалу спокою (стаціонарний потенціал Гольдмана-Ходжкіна—Катца, умови стаціонарності, основні рівняння електродифузії йонів у стаціонарному стані, проникності мембрани для (йонів у стані спокою).

13. Потенціал дії (ПД). Гіпотеза виникнення ПД. Еквівалентна електрична схема мембрани. Феноменологічні рівняння Ходжкіна—Хакслі. Поняття про воротні іонні струми.

14.Поширення потенціалу дії в біологічних мембранах. Швидкість поширення потенціалу. Особливості поширення потенціалу дії в мієліновому волокні.

15. Незатухаючі та вимушені коливання, диференційні рівняння та їх розв’язування. Резонанс. Автоколивання.

16. Затухаючі коливання. Диференційне рівняння затухаючих коливань, його розв’язання. Коефіцієнт затухання, декремент і логарифмічний декремент.

17. Механічні рівняння і хвилі. Рівняння хвилі. Потік енергії. Вектор Умова.

18. Акустика. Фізичні характеристики звуку. Фізика слуху, характеристики слухового відчуття. Закон Вебера—Фехнера.

19. Аудіометрія. Шкала інтенсивності та шкала гучності звуку, одиниці. Пороги чутності та больового відчуття. Аудіограма.

20. Ультразвук. Основні властивості та особливості поширення ультразвуку. Інфразвук, фізичні характеристики інфразвуку. Дія ультразвуку та інфразвуку на біологічні тканини та органи людини.

21. Електричні характеристики біологічних тканин. Закон Ома в диференційній формі. Провідність біологічних тканин. Ємнісні властивості. Еквівалентна електрична схема.

22. Біофізичні основи електрографії. Поняття про еквівалентний електричний генератор. Концепція Ейнтховена про генез ЕКГ (інтегральний електричний вектор серця, дипольний потенціал, система відведень).

23. Серце як струмовий електричний диполь (струмовий диполь та його характеристики, дипольний потенціал серця).

24. Ланцюг змінного струму, що містить активний, ємнісний та індуктивний опір. Поняття про векторну діаграму. Імпеданс.

25. Імпеданс біологічних тканин. Дисперсія імпедансу. Фізичні основи реографії.

26. Магнітне поле та його характеристики. Закон Біо—Савара—Лапласа. Магнітні властивості речовин. Фізичні основи магнітобіології.

27. Теорія електромагнітних хвиль Максвелла (струм зміщення, рівняння Максвелла, швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль).

28. Фізичні процеси в біооб’єктах під дією електричних, магнітних полів та електромагнітного поля (поляризація, струми провідності, індуктивні та зміщення).

29. Фізичні основи терапевтичних методів (гальванізація, франклінізація, діатермія, індуктотермія, дарсонвалізація, УВЧ- та НВЧ-терапія, мікрохвильова резонансна терапія). Теплова та специфічна дія.

30. Елементи геометричної оптики. Центрована оптична система. Оптична мікроскопія. Характеристики мікроскопа.

31. Поляризація світла. Способи одержання поляризованого світла. Подвійне променезаломлення. Призма Ніколя. Закон Малюса.

32. Оптично активні речовини. Кут обертання площини поляризації. Закон Біо. Концентраційна поляризація.

33. Поглинання світла. Закон Бугера. Поглинання світла розчинами. Закон Бугера—Ламберта—Бера. Концентраційна колориметрія.

34.Розсіювання світла в дисперсних середовищах. Молекулярне розсіювання світла. Закон Релея. Нефелометрія.

35.Основні уявлення про квантову механіку: хвильові властивості мікрочастинок, формула де-Бройля, хвильова функція та її фізичний зміст, співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Поняття про електронний мікроскоп.

36. Квантово-механічна модель атома водню. Рівняння Шредингера. Квантові числа. Енергетичні рівні. Принцип Паулі.

37. Випромінювання та поглинання світла атомами та молекулами. Спектри випромінювання та поглинання. Спектрофотометрія.

38. Теплове випромінювання тіл, його характеристики. Абсолютно чорне та сірі тіла. Закон Кірхгофа. Теплове випромінювання тіла людини. Поняття про термографію.

39. Закон випромінювання абсолютно чорного тіла: закон випромінювання Планка, закон Стефана—Больцмана, закон зміщення Віна.

40. Фотоефект та його застосування. Внутрішній та зовнішній фотоефекти. Фотоелектричні прилади в медицині.

41. Люмінесценція: види, основні закономірності, властивості. Закон Стокса. Застосування люмінесценції в медицині.

42. Індуковане випромінювання. Рівноважна та інверсна заселеність енергетичних рівнів. Лазери, принцип дії та застосування у медицині.

43. Резонансні методи квантової механіки, застосування їх у медицині. Електронний парамагнітний та ядерний магнітний резонанси.

44. Рентгенівське випромінювання, спектр та характеристики, застосування в медицині. Взаємодія рентгенівського випромінювання з речовиною. Закон послаблення рентгенівського випромінювання.

45. Радіоактивність. Види радіоактивності. Основний закон радіоактивного розпаду. Період напіврозпаду. Активність, одиниці активності.

46. Йонізуюче випромінювання та його види. Взаємодія йонізуючого випромінювання з речовиною. Захист від дії йонізуючого випромінювання. Біофізичні основи взаємодії йонізуючого випромінювання з біологічними тканинами.

47. Дозиметрія йонізуючого випромінювання. Експозиційна та поглинена дози. Біологічна дія випромінювання, біологічна еквівалентна доза. Потужність дози. Одиниці доз та потужностей доз.

ЛІТЕРАТУРА

Биофизика /Под ред. Ю.А.Владимирова. — М., 1983.

Биофизика /Под ред. П.Г. Костюка. — К., 1988.

Ємчик Л.Ф., Кміт Я.М. Медична і біологічна фізика. — Львів: Світ, 2003.

Лабораторний практикум з медичної й біологічної фізики та медичної апаратури: Навч. посібник /За ред. Е.І. Личковського. — Львів, 2000.

Медична і біологічна фізика /За ред. О.В. Чалого. — К., 1999.

Медична і біологічна фізика: Практикум. /За ред. О.В. Чалого. — К.: Книга плюс, 2003.

Ремизов. А.Н. Медицинская и биологическая физика. — М., 1992.

Стеценко Г.С., Пенішкевич Я.І., Грищенко В.І. та ін. Медична техніка. — Луцьк: Надстир’я, 2002.

Пішак В.П., Ушенко О.Г. Лазерна поляриметрична діагностика в біології і медицині..— Чернівці, 2000.

Хакен З.Г. Синергетика. — М.: Мир, 1980.

Хауссер К.Х., Кальбитцер Х.Р. ЯМР в медицине и биологии. —К.: Наук. думка, 1993.