27. Podstawy biofizyczne metod obrazowania

PROGRAM NAUCZANIA PRZEDMIOTU FAKULTATYWNEGO
NA WYDZIALE LEKARSKIM I
ROK AKADEMICKI 2014/2015
PRZEWODNIK DYDAKTYCZNY
1. NAZWA PRZEDMIOTU : Podstawy biofizyczne metod obrazowania
2. NAZWA JEDNOSTKI (jednostek ) realizującej przedmiot:
Katedra i Zakład Biofizyki UMP
3 . Adres jednostki odpowiedzialnej za dydaktykę:
Adres: 61–701 Poznań, ul. Fredry 10
Tel. /Fax: (61) 854-60-87
Strona WWW: http://www.biofizyka.ump.edu.pl/
E-mail [email protected]
4. Kierownik jednostki:
Prof. dr hab. Leszek Kubisz
5. Osoby odpowiedzialne za zajęcia fakultatywne
Osoba zaliczająca przedmiot: prof. dr hab. Leszek Kubisz
Tel. kontaktowy: (61) 854-60-87
E-mail: [email protected]
Osoba odpowiedzialna za organizację zajęć: dr Edward Pankowski
Tel. kontaktowy: (61) 854-60-87
E-mail: [email protected]
6. Miejsce przedmiotu w programie studiów:
Rok: I i II
Semestr: letni
7. Liczba godzin ogółem :
15
liczba pkt ECTS: 1
Semestr zimowy liczba godzin
Jednostki uczestniczące w nauczaniu przedmiotu
W
Ć
Ćwiczenia
kategoria
S
Razem:
Semestr letni liczba godzin
Jednostki uczestniczące w nauczaniu przedmiotu
W
Ć
Ćwiczenia
kategoria
S
15
Razem:
15
8 . Cel nauczania przedmiotu : Poznanie podstaw fizycznych metod obrazowania, ich możliwości i ograniczeń
różnorodności czynników różnicujących oraz zagrożeń dla pacjenta
i personelu wynikających z ekspozycji na czynnik fizyczny wykorzystywany w danej metodzie diagnostycznej.
Dostrzeganie zachodzących w organizmie człowieka zjawisk fizycznych, zrozumienie, że pełna wiedza
o procesach zachodzących w organizmie człowieka, wymaga znajomości praw fizyki. Kształtowanie właściwej
organizacji pracy własnej podczas przygotowywania się do zajęć i zaliczeń.
Kształtowanie umiejętności korzystania z różnych źródeł informacji.
9. SYLABUS
Seminaria
1. Tomografia optyczna i obiektywne metody badania refrakcji oka
Budowa i działanie lasera, oddziaływanie wiązki laserowej z ośrodkiem, wykorzystanie laserów
w biostymulacji, termicznych i nietermicznych technikach medycznych, optyczna tomografia absorpcyjna.
Podstawy optyki geometrycznej. Tomografia optyczna, spektralna i absorpcyjna - zasada działania,
wykorzystanie w obrazowaniu oka.
2. Tomografia impedancyjna i elektrografia
Elektrodiagnostyka jakościowa i ilościowa. Biologiczne źródła sygnałów elektrycznych. Bierne
właściwości elektryczne tkanek. Pomiary podstawowych parametrów krwi. Konduktometryczny pomiar
hematokrytu. Podstawy fizyczne tomografii impedancyjnej, zasada funkcjonowania, zasady konstrukcji
obrazu ITK, systemy i układy pomiarowe. Prezentacja wyników konstrukcji obrazu, różnica między
tomografią RTG a tomografią impedancyjną.
3. Rentgenowska tomografia komputerowa
Wytwarzanie promieniowania rtg i jego charakterystyka: budowa lampy, widmo promieniowania (widmo
ciągłe i charakterystyczne), graniczna długość fali, regulacja natężenia i przenikliwości promieniowania rtg.
Pochłanianie energii elektromagnetycznego promieniowania jonizującego przez tkanki
w zależności od energii kwantów. Prawo Lamberta (współczynniki osłabiania, warstwa połowiąca).
Klasyczne zdjęcia rtg: zasada i wady odwzorowań. Technika zdjęć warstwowych. Zasady rentgenowskiej
transmisyjnej tomografii komputerowej Pomiar wartości liniowych
i masowych współczynników osłabiania przez pomiar projekcji. Skala Hounsfielda i jej jednostki. Zasady
budowy skanera tomografu rtg – generacje skanerów. Tomografia spiralna i tomografia EBT.
Technika „okien” – centrum i szerokość okna. Rola kontrastu w technice tomografii komputerowej rtg.
4. Tomografia NMR
Spin i moment magnetyczny jądra. Wpływ pola magnetycznego na moment magnetyczny jądra wodoru
(rodzaje ruchu, dozwolone orientacje i energie). Namagnesowanie podłużne i porzeczne w tkance. Precesja
Larmora (wzór). Absorpcja fali elektromagnetycznej przez próbkę zawierającą jadra wodoru – warunek
rezonansu, krzywa absorpcji. Rola impulsów RF 90º i RF 180º w obrazowaniu NMR. Zjawisko relaksacji
podłużnej
i poprzecznej. Definicja czasu relaksacji podłużnej T1 i poprzecznej T2. Metoda echa spinowego.
Rekonstrukcja obrazów i ich rodzaje (zależne od czasów T1, T2 i gęstości protonowej). Sygnał FID i jego
parametry. Rola środków kontrastujących w obrazowaniu NMR. Kodowanie fazowo-częstotliwościowe.
Spektrometria NMR. Spektroskopia NMR i jej wykorzystanie w biologii medycynie.
5. Ultrasonografia
Natura fal mechanicznych. Klasyfikacja fal: z uwagi na to co wykonuje drgania (fale elektromagnetyczne i
sprężyste), z uwagi na kierunek drgań (podłużne i poprzeczne), kształt czoła fali (kuliste, płaskie), sposób
drgania źródła (harmoniczne i złożone). Klasyfikacja fal sprężystych (infradźwięki, dźwięki, ultradźwięki).
Parametry ruchu falowego: amplituda drgań, okres, częstotliwość, prędkość drgań i prędkość propagacji
fali, długość fali, natężenie fali. Wpływ ośrodka na parametry fali ultradźwiękowej. Podstawowe zjawiska
związane z ruchem falowym: odbicie, załamanie, dyfrakcja, interferencja, absorpcja oraz prawa opisujące te
zjawiska. Bezwzględna i względna wartość natężenia fali – pojęcie poziomu natężenia fali. Zjawisko
Dopplera. Zjawisko piezoelektryczne. Metody obrazowania. Ultradźwiękowy pomiar hematokrytu Hct.
Diatermia ultradźwiękowa. Fala uderzeniowa – osobliwy przykład fali mechanicznej, podstawy litotrypsji.
6. Tomografia SPECT i PET – fizyczne podstawy medycyny nuklearnej
Medycyna nuklearna jako dziedzina wiedzy medycznej. Rys historyczny medycyny nuklearnej.
Spontaniczne przemiany jądrowe: α, β, γ. Prawo rozpadu spontanicznego. Aktywność pierwiastków
promieniotwórczych: stała rozpadu, czas połowicznego zaniku, średni czas życia, biologiczny czas
połowicznego zaniku, efektywny czas połowicznego zaniku. Reakcje jądrowe. Radiofarmaceutyki:
definicja, sposoby pozyskiwania. Diagnostyka i terapia radioizotopowa. Aparatura diagnostyczna: liczniki
scyntylacyjne, scyntygrafy, kamery scyntylacyjne, podstawy fizyczne emisyjnej tomografii komputerowej
SPECT i pozytonowej emisyjnej tomografii komputerowej PET.
7. Termografia i wykorzystanie promieniowania podczerwonego w diagnostyce
Podstawy fizyczne termografii: tempera ta i jej pomiar (przetworniki temperatury: kontaktowe
i bezkontaktowe), widmo ciała doskonale czarnego, zdolność emisyjna, absorpcyjna, prawa je opisujące
widmo ciała doskonale czarnego (prawo Wiena, Stefana-Boltzmanna, prawo Kirchhoffa, elementy teorii
Plancka). Pomiar temperatury w zakresie podczerwieni, fotoogniwo. Budowa kamery termowizyjnej. Zalety
i niedostatki termografii. Pulsoksymetria. Rozpraszanie Ramana, mikroskopia ramanowska. Cytometria
przepływowa i jej wykorzystanie w badaniach hematologicznych.
10.Tematyka poszczególnych ćwiczeń i seminariów
Ćwiczenia - Semestr zimowy
Tematyka ćwiczeń
Osoba odpowiedzialna
Ćwiczenie 1.
Ćwiczenie 2.
Ćwiczenie 3.
Ćwiczenia - Semestr letni
Tematyka ćwiczeń
Osoba odpowiedzialna
Ćwiczenie 1.
Tomografia optyczna i obiektywne metody badania
refrakcji oka
Ćwiczenie 2.
Tomografia impedancyjna i elektrografia
Ćwiczenie 3.
Rentgenowska tomografia komputerowa
Ćwiczenie 4.
Tomografia NMR
Dr Edward Pankowski
Ćwiczenie 5.
Ultrasonografia
Dr Edward Pankowski
Ćwiczenie 6.
Tomografia SPECT i PET - fizyczne podstawy
medycyny nuklearnej
Dr Edward Pankowski
Dr Edward Pankowski
Dr Edward Pankowski
Dr Edward Pankowski
Ćwiczenie 7.
Termografia i wykorzystanie promieniowania
podczerwonego w diagnostyce
Dr Edward Pankowski
Seminaria - Semestr letni
Tematyka seminariów
Imię i nazwisko osoby
prowadzącej zajęcia
Seminarium 1.
Tomografia optyczna i obiektywne metody
badania refrakcji oka
Dr Marlena Gauza
Seminarium 2.
Tomografia impedancyjna i elektrografia
Dr Edward Pankowski
Seminarium 3.
Rentgenowska tomografia komputerowa
Dr Edward Pankowski
Seminarium 4.
Tomografia NMR
Seminarium 5.
Ultrasonografia
Seminarium 6.
Tomografia SPECT i PET - fizyczne podstawy
medycyny nuklearnej
Dr Dariusz Włodarczyk
Seminarium 7.
Termografia i wykorzystanie promieniowania
podczerwonego w diagnostyce
Dr Marlena Gauza
Dr Edward Pankowski
Dr Dariusz Włodarczyk
11. Organizacja zajęć:
Aktualny podział grupy studenckiej na stronie internetowej jednostki :
(proszę wpisać) http://www.biofizyka.ump.edu.pl/
REGULAMIN ZAJĘĆ:
I. Organizacja zajęć
1. Seminaria z przedmiotu Podstawy biofizyczne metod obrazowania odbywają się w ciągu semestru letniego
zgodnie z ustalonym w Dziekanacie harmonogramem. Zakres materiału i rozkład zajęć z biofizyki będzie
podany na tablicach ogłoszeniowych Katedry oraz na stronie www.biofizyka.ump.edu.pl.
2. Obecność na seminariach jest obowiązkowa i kontrolowana przez prowadzących zajęcia. W uzasadnionych
losowo lub zdrowotnie przypadkach nieobecności na ćwiczeniach o możliwości i sposobie odrobienia zajęć
decyduje kierownik Katedry i Zakładu Biofizyki. Usprawiedliwienie nieobecności trzeba dostarczyć, w ciągu
trzech dni „roboczych” po ustąpieniu przyczyny nieobecności, do Sekretariatu Katedry i Zakładu Biofizyki.
Usprawiedliwienia dostarczone później nie będą rozpatrywane.
II. Zasady zaliczania seminariów
1. Studenci są oceniani na każdym seminarium na podstawie wyników sprawdzianu pisemnego
(w skali ocen: 5; 4,5; 4; 3,5; 3; 2), przygotowanych prezentacji (w skali ocen od 0 do 5) oraz
aktywności w skali ocen: 0,5; 1.
2. Zaliczenie seminariów otrzymuje student/-ka, który uczestniczył/ła we wszystkich
seminariach, przygotował/ła co najmniej jedna prezentację oraz spełnił/-a jeden z dwu
następujących warunków:
a) uzyskał/-a co najmniej 28 punktów, uzyskując tym samym zwolnienie z kolokwium
zaliczeniowego,
b) uzyskał co najmniej 10 punktów i zdał/-a kolokwium zaliczeniowe
3. Student ma prawo do trzykrotnego zdawania kolokwium zaliczeniowego, które odbywają się niezwłocznie po
zakończeniu zajęć.
4. Uzyskanie zaliczenia wymaga co najmniej 60% poprawnych odpowiedzi.
IV. Zasady organizacyjno – porządkowe kontrolowanych zajęć z biofizyki
1. Kolejność seminariów oraz zakres zagadnień, jakie należy przygotować są podane na tablicach
ogłoszeniowych Katedry i Zakładu Biofizyki oraz publikowane na stronie www.biofizyka.ump.edu.pl.
2. Studentów obowiązuje:
(a) poszanowanie sprzętu i aparatury pomiarowej na zajęciach,
(b) uporządkowanie stanowiska ćwiczeń po zakończeniu zajęć,
(c) przestrzeganie ogólnie przyjętych form zachowania,
(d) przestrzeganie wszystkich bieżących zarządzeń kierownika Katedry i osób prowadzących zajęcia
dydaktyczne.
3. Kierownik Katedry Biofizyki rozstrzyga inne kwestie nie ujęte w ww. „Zasadach”.
PROGRAM ZAJĘĆ:
Seminarium 1
Tomografia optyczna i obiektywne metody
badania refrakcji oka
Seminarium 2
Tomografia impedancyjna i elektrografia
Seminarium 3
Rentgenowska tomografia komputerowa
Seminarium 4
Tomografia NMR
Seminarium 5
Ultrasonografia
Seminarium 6
Seminarium 7
Tomografia SPECT i PET - fizyczne
podstawy medycyny nuklearnej
Termografia i wykorzystanie
promieniowania podczerwonego w
diagnostyce
B.W7, B.W8, B.U1, C.U6,
D.U16
B.W5., B.W8, B.U1, C.U6,
D.U16
B.W6., B.W8, B.U1, B.U2,
C.U6
B.W8, B.U1, C.U6, D.U16
B.W8., B.W9, B.U1, C.U6,
D.U16
B.W6., B.W8, B.U1, B.U2,
C.U6, D.U16
B.W6., B.U1, C.U6, D.U16
PROGRAM NAUCZANIA
Wymagania wstępne
1.Program biofizyki (1.rok )
Przygotowanie do zajęć:
Student samodzielnie przygotowuje się do zajęć seminaryjnych w zakresie zagadnień przewidzianych do
dyskusji na danym seminarium
Wymagania końcowe
Student potrafi zaprezentować podstawy fizyczne metod obrazowania objętych programem. Rozumie
zagrożenia wynikające z działania danego bodźca fizycznego na organizm. Zna możliwości i ograniczenia
danej metody diagnostycznej
12.Kryteria zaliczenia przedmiotu:
Zaliczenie – kryterium zaliczenia
zaliczenie na podstawie aktywności na seminariach, sprawdzianów cząstkowych, przygotowanych
prezentacji oraz testu końcowego
13 Literatura:
Zalecana literatura:
1. G Pawlicki, Podstawy inżynierii medycznej, Oficyna Wydawnicza Politechniki
Warszawskiej,1997
2. A. Styszyński, Korekcja wad wzroku- procedury badania refrakcji, α-medica press,
2007
3. S. Filipowicz, T Rymarczyk, Tomografia impedancyjna, Wyd.:BEL, 2003
4. F. Jaroszyk, Biofizyka – podręcznik dla studentów, wydanie II, PZWL,
Warszawa 2008
5. A. Hrynkiewicz, Z. Rokita E. (red.), Fizyczne metody badań w biologii,
medycynie i ochronie środowiska, PWN, Warszawa, 1999.
6. F. Jaroszyk, Biofizyka medyczna – skrypt dla studentów medycyny i stomatologii.
Wydawnictwo Uczelniane Akademii Medycznej im. K. Marcinkowskiego,
Poznań 1993.
14. Podpis osoby odpowiedzialnej za nauczanie przedmiotu lub koordynatora