zagad_exam 2011

ZAKRES ZAGADNIEŃ OBOWIĄZUJĄCYCH DO EGZAMINU Z FIZYKI MEDYCZNEJ –
2010/2011
FIZYKA UKŁADU KOSTNEGO
1. Podstawowe parametry fizyczne opisujące układ kostny (siła, moment siły, siła grawitacji) i
ich rola w utrzymaniu pozycji stabilnej
2. Siły działające na kręgosłup (nacisk na poszczególne kręgi, współczynnik przekroju
powierzchniowego kręgu, siła konieczna do uszkodzenia dysku)
3. Własności mechaniczne kości (moduł Younga)
4. Połączenia kości (rodzaje połączeń, tarcie)
5. Fizyczne metody pomiaru składu mineralnego kości in vivo (m.in. densytometria).
MIĘŚNIE, DYNAMIKA RUCHU
1. Porównanie własności fizycznych mięśni gładkich i szkieletowych
2. Właściwości mechaniczne mięśni
a. Bierne (spręŜystość, plastyczność)
b. Czynne (Napięcie spoczynkowe (tonus); Skurcz, typy skurczy; ZaleŜność siły mięśni
od długości mięśni; ZaleŜność szybkości skurczu od siły; Siła całkowita, czynna i
bierna)
3. Praca mięśni
4. Metody pomiaru i oceny siły mięśniowej
5. Siła przypadająca na pojedynczy mostek poprzeczny, wytrzymałość mięśni a hemoglobina,
zaleŜność siły biernej od rodzaju mięśnia
6. Moc dostarczona podczas wysiłku
7. Rodzaje i opis dźwigni, przykłady z fizjologii
METABOLIZM: ENERGIA, CIEPŁO, PRAC I MOC CIAŁA
1. Wykorzystanie energii przez organizm, jednostki i przeliczniki energii
2. Zasada zachowania energii w organizmie
3. Ciepło ciała ludzkiego
4. Powstawanie energii w organizmie – podstawowe wielkości
5. BMR – basal metabolic rate, skalowanie BMR, pomiar BMR
6. Podstawowe przemiany metaboliczne i wydatek energetyczny
7. Praca i moc ciała
8. Straty ciepła (wypromieniowanie, konwekcja, parowanie, przewodzenie)
9. Temperatura ciała
MECHANIKA PŁYNÓW USTROJOWYCH
1. Ciśnienie fizjologiczne (definicja, stosowane jednostki, podstawowe wartości)
2. Pomiary ciśnienia (sfigmomanometr tradycyjny i elektroniczny)
3. Wielkości i prawa fizyczne (natęŜenie przepływu, lepkość, opór naczyniowy, podatność,
całkowity obwodowy opór naczyniowy, napięcie spręŜyste, Prawo Archimedesa, prawo
Pascala, prawo Laplace’a, prawo ciągłości, prawo Bernoulliego - trzy przypadki, w
szczególności przepływ Ventouriego, prawo Poiseuiell’a) w odniesieniu do płynów
ustrojowych)
UKŁAD KRĄśENIA
1. Parametry fizyczne krwi (przepływ, objętość, ciśnienie) i ogólna charakterystyka naczyń
krwionośnych (średnica, grubość, długość, ciśnienie, objętość)
2. Zmiany ciśnienia w organizmie
3. Wyznaczanie oporu naczyń krwionośnych
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Modelowanie przepływu w naczyniach krwionośnych
Ciśnienie osmotyczne w kapilarach
Serce jako pompa, prac, moc i wydajność serca
Parametry opisujące pracę serca
Modele układu krąŜenia (naczynia sztywne, elastyczne, model komory, model aorty)
Metody pomiaru pojemności minutowej serca (m.Ficka, termodylucja)
UKŁAD ODDECHOWY
1. Powietrze wydychane i wdychane
2. Transport gazów w układzie oddechowym, straty ciepła
3. Parametry fizyczne elementów układu oddechowego (średnica, długość, przekrój, objętość,
prędkość); podatność i oporność, ciśnienie parcjalne
4. Zmiany wentylacji w zaleŜności od ciśnienia (wykresy)
5. Wymiana gazowa w płucach, mechanizm wentylacji, histereza objetościowo-ciśnieniowa
6. Fizyka pęcherzyków płucnych
7. Modele układu oddechowego (mechaniczny, objętościowo-ciśnieniowy, elektryczny)
8. Równania opisujące przepływ powietrza i zmiany ciśnienia
9. Praca oddychania
10. Testy oddechowe
ULTRASONOGRAFIA
1. Charakterystyka ultradźwięków, opis falowy
2. Impedancja akustyczna, prędkość fali ultradźwiękowej, natęŜenie fali ultradźwiękowej,
penetracja (parametry makroskopowe)
3. Wielkości kinematyczne i energetyczne pola ultradźwiękowego
4. Oddziaływanie ultradźwięków z tkankami (odbicie i załamanie, tłumienie)
5. Metoda echa
6. Zjawisko piezoelektryczne
7. Pole ultradźwiękowe (dalekie i bliskie)
8. Efekty oddziaływania ultradźwięków (mechaniczny, termiczny, chemiczny)
9. Budowa aparatu USG, budowa głowicy, typy głowic, tryby obrazowania
10. Podstawowe parametry obrazu USG, ze szczególnym uwzględnieniem rozdzielczości
11. Terapia, obrazowanie 3D
12. Echokardiografia dopplerowska
13. Środki ochrony, dozymetria (kalorymetr)
PROMIENIOWANIE OPTYCZNE
1. Widmo promieniowania optycznego, energia
2. Źródła i detektory promieniowania optycznego
3. Ciało doskonale czarne, wzór Plancka, prawo Wiena, prawo Stefana-Boltzmanna, prawo
Kirchoffa
4. Ochrona przed promieniowaniem optycznym (skuteczna luminancja energetyczna,
napromienienie skuteczne, natęŜenie napromienienia, skuteczność widmowa, czas ekspozycji)
5. Oddziaływanie promieniowania optycznego z materią
6. Luminancja energetyczna a gęstość spektralna energii
7. Detektory promieniowania optycznego
LASERY
1. Cechy światła laserowego, interferometr Michelsona
2. Emisja wymuszona, prawo Boltzmanna, rozklad antyboltzmanowski
3. Pompowanie optyczne
4. Rezonator
5. Budowa i zasada działania lasera
6. Rodzaje laserów (rubinowy, neodymowy, helowo-neonowy, jonowe, C02, barwnikowy,
ekscymerowy, półprzewodnikowy) – krótka charakterystyka i porównanie
7. Absorbcja światła przez róŜne składniki tkanek
8. Rozkład temperatury wiązki, skutki oddziaływania prom. laserowego na tkankę
9. Fotokoagulacja, fotowaporyzacja
10. Porównanie pracy impulsowej i ciągłej
11. Zastosowania laserów w medycynie
ŚWIATŁOWODY i ENDOSKOPIA
1. Budowa światłowodów, propagacja fali świetlnej, apertura numeryczna, kąt akceptacji
2. Mody światłowodu
3. Światłowody jedno- i wielomodowe (skokowe, gradientowe)
4. Dyspersja modowa i chromatyczna (materiałowa, falowodowa)
5. Tłumienność, straty falowodowe
6. Aparatura endoskopowa (źródło światła, tor wizyjny, optyka)
7. Endoskopia wirtualna i kapsułkowa
TOMOGRAFIA OPTYCZNA
1. Budowa i zasada działania
2. Tomograf optyczny spektralny i czasowy;
3. Metoda kombinowana OCT - mikroskop optyczny, OCT śródoperacyjna
4. Parametry oceny obrazu – ograniczenia OCT
5. Zastosowania OCT
DIAGNOSTYKA I TERAPIA FOTODYNAMICZNA
1. Idea diagnostyki i terapii fotodynamicznej, róŜnice
2. Odbicie dyfuzyjne, funkcja Kubelki-Munka; ugięcie, absorpcja
3. Widmo typowego fotouczulacza (pasmo Soreta, pasmo Q)
4. Głębokość wnikania (penetracji)
5. Mechanizmy reakcji fotodynamicznej ( gł.II)
6. Dawka fotodynamiczna i wielkości dozymetryczne
7. Ocena ilościowa terapii fotodynamicznej
8. Modelowanie własności optycznych tkanek (metoda Monte Carlo, melanina, wnioski)
TERMOGRAFIA
1. Promieniowanie termiczne, podstawowe parametry fizyczne (pojemność cieplna, ciepło
właściwe, przewodność cieplna - powtórzenie, dyfuzyjność cieplna, inercja cieplna, efuzyjność
cieplna; modele zastępcze)
2. Własności emisyjne ciał stałych
3. „Okno przepuszczalności”
4. Przepływ ciepła w strukturach warstwowych, równanie przewodzenia ciepła (postać
„fizyczna” i „biologiczna” (Pennesa)) i sposoby rozwiązań
5. Detektory promieniowania termicznego (termiczne, fotonowe), czułość widmowa detektorów
6. Schemat blokowy termografu i wielkości opisujące, układy optyczne, tor pomiarowy,
natęŜenie promieniowania
7. Parametry detektorów (wykrywalność widmowa, wykrywalność temperaturowa, minimalna
wykrywalna róŜnica temperatury)
8. Termografia statyczna i dynamiczna
9. Techniki badań dynamicznych, podstawowe parametry
10. Zastosowania termografii
NMR
1. Podstawowe parametry fizyczne (moment pędu, moment magnetyczny,magnetyzacja)
2. Warunek rezonansu, częstość Larmora, współczynnik giromagnetyczny, czynnik Landego)
3. Precesja atomowych momentów magnetycznych, twierdzenie Larmora, rezonans magnetyczny
4. Równania Blocha
5. Powstawanie impulsu
6. Budowa aparatu RM
7. Rodzaje pól magnetycznych
8. Rodzaje magnesów
9. Spektroskopia
10. Czasy relaksacji
PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE
1. Prawo rozpadu promieniotwórczego, aktywność, czas połowicznego rozpadu - powtórzenie
2. Rodzaje promieniowania (α,β,γ,X), osłony
3. Oddziaływanie elektronów z materią
4. Oddziaływanie promieniowania γ z materią (efekt Comptona, zjawisko fotoelektryczne,
zjawisko tworzenia pary elektron-pozyton, rozpraszanie Rayleigha)
5. Osłabienie strumienia fotonów, wtórne promieniowanie rozproszone
6. Podstawowe zasady ochrony radiologicznej, dawki graniczne, osłony, dawka pochłonięta,
dawka równowaŜna, dawka skuteczna
7. Biologiczny wpływ promieniowania jonizującego na organizm ludzki
8. Skutki działania promieniowania jonizującego na organizm ludzki
9. Dozymetry indywidualne (TLD - szczegółowo, detektory filmowe, półprzewodnikowe,
alaninowe)
10. Detektory w środowisku pracy (komora jonizacyjna, licznik Geigera-Muellera, detektory
scyntylacyjne)
RADIOTERAPIA
1. Metody radioterapii
2. Źródła promieniowania stosowane w teleradioterapii i ich ogólna charakterystyka
3. Budowa akceleratora, kształtowanie wiązki
4. Kolimatory (standardowy, MLC)
5. Podstawowe parametry wiązki (pole, izocentrum)
6. Procedury radioterapii (w szczególności zaś: definicje objętości guza, symulator,
konturowanie)
7. Metody modyfikacji rozkładu dawki
8. Dozymetria kalibracyjna
9. Dozymetria względna
10. Przykładowe rozkłady izodoz
11. Procentowa dawka na głębokości
12. System EPID – obrazowanie portalowe
Powodzenia na egzaminie ☺!
Literatura
1.
2.
3.
I.P. Herman, Physics of the Human Body, Springer, Berlin Heidelberg 2007
S.A. Kane, Introduction to Physics in Modern Medicine, Taylor&Francis Group, London New York 2003
Red. B. Pruszyński, Diagnostyka obrazowa. Podstawy teoretyczne metodyka badań. Wydawnictwo Lekarskie
PZWL, Warszawa 2000
4. Biocybernetyka i InŜynieria Biomedyczna 2000 pod red. M. Nałęcza, tom 8 Obrazowanie medyczne, Akademicka
Oficyna Wydawnicza Exit, Warszawa 2003
5. Biocybernetyka i InŜynieria Biomedyczna 2000 pod red. M. Nałęcza, tom 8 Fizyka medyczna, Akademicka
Oficyna Wydawnicza Exit, Warszawa 2002
6. red. A. Hrynkiewicz, E. Rokita, Fizyczne metody diagnostyki medycznej i terapii, Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 2000
7. W. Allison, Fundamental Physics for Probing and Imaging, Oxford University Press, New York 2006
8. T. Buzug (ed.) Advances in Medical Engineering, Springer Berlin Heidelberg 2007
9. A. Williams, Ultrasound: Biological Effects and Potential Hazards, Academic Press, London 1983
10. B.H. Brown et al, Medical Physics and Biomedical Engineering, Institute of Physics Publishing, Bristol and
Philadelphia 1999