Syllabus
* Obsahové zaměření přednášek a seminářů:
* ÚVOD, BIOMECHANIKA
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
Fickovy zákony
* Základy ionizujícího záření
Typy ionizujícího záření a jejich základní vlastnosti
Radioaktivita - procesy vzniku, využití v medicíně
RTG záření - procesy vzniku, využití v medicíně
Principy diagnostických metod využívajících ionizující záření
Typy detektorů ionizujícího záření a základní principy jejich funkce
Základní mechanismy působení ionizujícího záření na biologické systémy, základy radiobiologie
Základní klasifikace následků ozáření
Základní dozimetrické veličiny, principy ochrany před zářením
* Zobrazovací a terapeutické metody využívající ionizujíc í záření
Spektrum rentgenového zdroje a možnosti jeho modifikace
Princip zobrazovacích a terapeutických technik využívajících RTG záření
Počítačová tomografie (CT)
Zobrazovací metody v nukleární medicíně - principy, využívané radionuklidy
Ionizující záření v terapii, radioterapeutické techniky
Hybridní zobrazovací techniky
* ELEKTŘINA A MAGNETISMUS
Elektrostatická interakce, elektrostatické pole, částice v elektrostatickém poli, princip superposice, iontová vazba
Elektrické napětí, elektrický proud, elektrická energie, práce a výkon
Základní druhy fyzikálních interakcí (čtyři druhy sil), princip neurčitosti, dosah sil
Magnetické pole a srovnání magnetického pole s elektrickým
Nukleární magnetická rezonance; princip, použití a výhody metody
Magnetická potenciální energie
Postupný vznik MR obrazu
MR a signály různých tkání, kontrastní látky
Účinky elektřiny na živý organismus; iontoforéza a galvanizace, elektroléčba, elektrostimulace, vysokofrekvenční elektrochirurgie
Interakce elektromagnetických polí s živou hmotou; magnetoterapie
* BIOSIGNÁLY
Pojem biosignálu, terminologie
Rozdělení biosignálů dle různých kriterií, co mají společné, čím se liší
Vznik a různé podmínky vzniku biosignálů, jejich šíření
Elektrické a neelektrické biosignály, snímače, elektrody
Metodika snímání a záznamu biosignálů
Příklady různých biosignálů a jejich popis: EKG, EEG, EMG, EP aj.
Diferenciální zesilovač, jeho funkce, zapojení elektrod
Zpracování a vyhodnocování biosignálů
Biosignály v diagnostice a v terapii
* AKUSTIKA
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
Rázové vlny, princip litotripse extrakorporální rázovou vlnou
* OPTIKA
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, dalekohled, princip optické mikroskopie, teleskopy, světlovody
Zdroje a detektory světla, oko
* Biofyzika vidění, fyzikální princip a aplikace fluorescence a průtokové cytometrie v medicíně
Oko jako optická soustava - fyzikální charakteristiky
Optické vady oka, korekce očních vad
Oko jako detektor světla, biofyzika vidění
Barva světla, její vnímání
Fluorescenční spektroskopie ("steady state" spektroskopie, zhášení fluorescence, doby života excitovaného stavu, polarizace fluorescence, fluorofory)
Cytometrie (průtoková cytometrie, FACS)
* Fyzikální princip a aplikace laserů a mikroskopických technik v medicíně
Laser - princip, charakteristika a vlastnosti paprsku
Laserové zdroje
Využití laserového záření a aplikace laserů v medicíně
Optická mikroskopie (mikroskop pro procházející a dopadající světlo, fázový kontrast, polarizační mikroskop, fluorescenční mikroskop, interferenční mikroskop)
Elektronová mikroskopie
Mikroskopie skenovací sondou
* TERMODYNAMIKA A buněčná bioenergetika
Termodynamický systém, stavové veličiny; vnitřní energie, teplo, práce
První věta termodynamická
Druhá věta termodynamická (ekvivalentní formulace)
Entropie v živých organismech
Tepelný transport; předávání tepla vedením, prouděním a zářením
Tepelná pohoda organismu, regulace teploty v organismu, vliv tepelného záření okolního prostředí, vliv vlhkosti a proudění vzduchu
Termometrie, termografie, typy teploměrů obecně, lékařské teploměry
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
Difúze, osmóza
* BIOFYZIKA TKÁNÍ
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
* BIOFYZIKÁLNÍ METODY V REGENERATIVNÍ MEDICÍNĚ
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
(celkem 18 hodin přednášek a 10 hodin seminářů)
Annotation
Předmět je koncipován jako teoreticko-praktický. Seznamuje studenty se základy biofyziky a jejím využitím v oblasti medicínských diagnostických a léčebných metod.
Studenti získají základní informace o fyzikálních odlišnostech jednotlivých metod a jejich biologických účincích. Seznámí se s jednot¬livými druhy těchto metod a přístroji, kterými jsou tato vyšetření prováděna.