Biophysics

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.