Syllabus
Obsahové zaměření přednášek a seminářů:
Přednášky:
Biomechanika
Elektřina a magnetismus
Optika
Akustika
Základy ionizujícího záření
Termodynamika
Biosignály
Biofyzika vidění, fyzikální princip a aplikace fluorescence a průtokové cytometrie v medicíně
Fyzikální princip a aplikace laserů a mikroskopických technik v medicíně
Zobrazovací a terapeutické metody využívající ionizující záření
Biofyzika buňky
Biofyzika tkání
Biofyzikální metody v regenerativní medicíně
Semináře a praktická cvičení:
Krevní tlak, tělesný povrch a BMI
Elektrokardiografie
Perimetrie
Optometrie
Audiometrie
Ultrasonografie
Radioaktivita
Dopplerovská sonografie
Polarimetrie
Spektrofotometrie
Počítačové modelování proteinů
Obrazová analýza
Seminární práce:
Dialyzační techniky v medicíně
Biofyzika dýchání, vliv podtlaku a přetlaku na organismus
Elektrické vyšetřovací metody nervového systému a nervosvalového přenosu
Působení elektrických výbojů na organismus
Elektroterapie a magnetoterapie
Biologické účinky ionizujícího záření
Biologické účinky neionizujícího elektromagnetického záření
Využití ionizujícího záření v medicíně
Endoskopie, laparoskopie
Lasery, fotodynamická terapie
Biofyzika krevního oběhu
Sylabus předmětu:
Fyzikální jednotky a jejich soustavy; převody jednotek
Biomechanika a biomechanické vlastnosti tkání
Funkční a biomechanické vlastnosti pojivových tkání (sval, vazy, chrupavka, kost, kloub)
Harmonický oscilátor (kinematika, dynamika, energie; Hookův zákon)
Mechanika pevných těles (elastické vlastnosti látek, modul pružnosti a jeho průběh)
Biomechanika krevního oběhu (srdce, cévy, krev, proudění krve, krevní oběh)
Ideální kapalina, Bernoulliho rovnice, rovnice kontinuity
Reálné kapaliny a krevní oběh (hydrodynamika krevního oběhu, proudění krve)
Viskozita kapalin a krve (laminární tok, Poiseuilův zákon, faktory ovlivňující viskozitu, metody měření)
Krevní tlak a metody jeho měření
Difúze, osmóza, hemodialýza (Fickovy zákony)
Fourierova transformace fyzikálních veličin
Mechanické vlnění, podélné a příčné vlnění
Princip šíření zvuku, rychlost šíření zvuku, akustická rychlost, akustický tlak
Akustická impedance, intenzita zvuku, hladina intenzity zvuku, vnímání intenzity
Barva zvuku, výška zvuku
Jednotky používané ve fyziologické akustice
Biofyzika sluchového aparátu
Audiogram, sluchové pole (práh slyšitelnosti a bolesti)
Vyšetřovací metody sluchu, principy korekce sluchových vad
Infrazvuk, ultrazvuk; zdroje a účinky
Principy diagnostického a terapeutického užití ultrazvuku
Šíření ultrazvuku v organismu, chování na rozhraní
Ultrazvukové vyšetřovací metody
Dopplerovská sonografie
Možná rizika sonografického vyšetření
Rázové vlny, princip litotripse extrakorporální rázovou vlnou
Elektrostatická interakce, elektrostatické pole, částice v elektrostatickém poli, princip superposice, iontová vazba
Elektrické napětí, elektrický proud, elektrická energie, práce a výkon
Účinky elektrického a magnetického pole na organismus
Magnetické pole a srovnání magnetického pole s elektrickým
Účinky elektřiny na živý organismus; iontoforéza a galvanizace, elektroléčba, elektrostimulace, vysokofrekvenční elektrochirurgie
Interakce elektromagnetických polí s živou hmotou; magnetoterapie
Nukleární magnetická rezonance; princip, použití a výhody metody
Magnetická potenciální energie
Postupný vznik MR obrazu
MR a signály různých tkání, kontrastní látky
Světlo a optika - definice pojmů
Spektrum elektromagnetického vlnění a jeho pásma
Šíření světla prostředím, transmise, absorpce, reflexe
Kvantová optika, fotony, absorpční a emisní spektra
Zrcadla a čočky
Lupa a meze rozlišení, princip optické mikroskopie, teleskopy, světlovody
Zdroje a detektory světla, oko
Oko jako optická soustava - fyzikální charakteristiky
Optické vady oka, korekce očních vad
Detektory světla, oko jako detektor světla, biofyzika vidění
Barva světla, její vnímání, citlivost, fotometrie
Infračervené a ultrafialové záření
Stavba atomu
Druhy ionizujícího záření, jejich vznik
Typy a základy kinetiky radioaktivních proměn
RTG záření, vznik, vlastnosti a využití
Spektrum rentgenového zdroje a možnosti jeho modifikace
Přirozené a umělé zdroje ionizujícího záření
Základní principy interakce záření s prostředím
Interakce elektromagnetického záření s látkou
Interakce přímo ionizujícího záření s látkou
Detektory ionizujícího záření, princip funkce a využití v medicíně
Dozimetrie a ochrana před ionizujícím zářením
Biologické účinky ionizujícího záření, použití radionuklidů v medicíně
Termodynamický systém, stavové veličiny; vnitřní energie, teplo, práce
První věta termodynamická
Druhá věta termodynamická (ekvivalentní formulace)
Předávání tepla vedením, prouděním a zářením
Entropie v živých organismech
Termometrie, termografie, typy teploměrů obecně, lékařské teploměry
Tepelná pohoda organismu, regulace teploty v organismu, vliv tepelného záření okolního prostředí, vliv vlhkosti a proudění vzduchu
Působení nižších a vyšších teplot na organismus, využití v medicíně, hypertermie a kryoterapie
Biofyzikální princip přeměny energií v mitochondriální membráně
Biofyzikální podstata tvorby ATP ATP-syntázou
Struktura biologické membrány a membránová fluidita
Biofyzikální podstata transportu v membránách
Cytoskeleton a jeho dynamika
Střední filamenta, mikrotubuly, aktinová filamenta
Fyzikální základy buněčného pohybu
Molekulární motory
Iontové kanály
Klíčové faktory pro buněčnou organizaci tkání
Tkáně - pojivové, epitelové, svalové, nervové
Struktura a stabilita pojivové tkáně
Biofyzikální vlastnosti spojů epitelů
Biofyzika svalové práce (svalový stah)
Nervové tkáně - membránový potenciál
Nervové tkáně - akční potenciál, podstata jeho šíření
Laser - princip, charakteristika a vlastnosti paprsku
Laserové zdroje
Využití laserového záření a aplikace laserů v medicíně
Cytotometrie (průtoková cytometrie, FACS)
Infračervená spektroskopie
Ramanova spektroskopie
Hmotnostní spektroskopie a plynová chromatografie
Užití jednotlivých principů optiky v medicíně
Principy endoskopie
Optická mikroskopie (mikroskop pro procházející a dopadající světlo, fázový kontrast, polarizační mikroskop, fluorescenční mikroskop, interferenční mikroskop)
Elektronová mikroskopie
Fluorescenční spektroskopie ("steady state" spektroskopie, zhášení fluorescence, doby života excitovaného stavu, polarizace fluorescence, fluorofory)
Mikroskopie skenovací sondou
Principy zobrazovacích metod využívajících neionizující záření resp. vlnění (sonografie, termografie, MRI)
Principy zobrazovacích metod využívajících ionizující záření (RTG, PET, SPECT, CT)
Hybridní zobrazovací metody a jejich výhody
Ionizující záření v terapii, radioterapeutické techniky
Pojem biosignálu a jeho význam
Biosignály neelektrické povahy, převodníky neelektrických veličin
Elektrické projevy organismů a jejich subsystémů
Elektrody; artefakty
Nativní záznam, provokace a stimulace
Zpracování a analýza biosignálů; pojem kanálu
Diferenciální zesilovače a zapojení jejich vstupů
Elektrokardiografie
Elektroencefalografie
Kardiostimulátor, defibrilátor, elektrokonvulzivní terapie
Základní princip tkáňového inženýrství
Postup při přípravě arteficiálních tkání
Tkáňové inženýrství chrupavky - důvody vzniku a rozvoje
Řízené uvolňování léčiv
Liposomy, jejich vlastnosti, příprava
Použití liposomů ve tkáňovém inženýrství pro řízené dodávání bioaktivních látek
Annotation
Physical background of biological processes. Interaction of physical fields and ionizing radiation with organism.
Basic medical instruments.