Biophysics - D1101332

• Title: Biofyzika
• Guaranteed by: Department of Biophysics (13-714)
• Faculty: Second Faculty of Medicine
• Actual: from 2022
• Semester: winter
• Points: 4
• E-Credits: 4
• Examination process: winter s.:
• Hours per week, examination: winter s.:28/28, C+Ex [HS]
• Extent per academic year: 14 [weeks]
• Capacity: unlimited / unlimited (unknown)
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: prof. RNDr. Evžen Amler, CSc.
• Classification: Medicine > Basic Sciences
• Is pre-requisite for: D1103338

Annotation

English

Physical background of biological processes. Interaction of physical fields and ionizing radiation with organism. Basic medical instruments.

Last update: Tejral Gracian, Mgr., Ph.D. (30.09.2021)

Czech

Fyzikální podklad dějů v organizmu. Interakce silových polí a ionizujícího záření s organizmem. Základy přístrojové techniky. Studenti se seznámí se základy lékařské biofyziky a biofyzikálními principy diagnostických a terapeutických metod; poznatky uplatní ve své odborné a případně výzkumné praxi i v dalším studiu.

Last update: Tejral Gracian, Mgr., Ph.D. (02.09.2022)

Aim of the course

Hlavním cílem předmětu Biofyzika pro zimní semestr 1. ročníku magisterského studijního programu všeobecné lékařství je seznámit studenty se základními principy lékařské biofyziky s důrazem na biofyzikálními principy diagnostických a terapeutických metod. V souladu s tím jsou i praktická cvičení zaměřena na získání prvních zkušeností s prací s přístroji využívanými v lékařské diagnostice a se zpracováním získaných výsledků. Studenti jsou rovněž seznámeni se zásadami zpracování a prezentace vlastních poznatků, a to formou seminární práce na zvolené biofyzikální téma a její prezentace.

Last update: Tejral Gracian, Mgr., Ph.D. (02.09.2022)

Course completion requirements

• Zápočet — Požadavky k zápočtu:

• Presence na cvičeních
• Vypracování praktický úloh
• Zápočtový test

• Zkouška — Průběh zkoušky:

• Všeobecný test (Multiple choice test)
• Zodpovězení dvou specifických témat (1. termín písemně, 2. termín písemně nebo ústně, 3. termín ústně)

Last update: Tejral Gracian, Mgr., Ph.D. (02.09.2022)

Literature

1. NAVRÁTIL, Leoš a Jozef ROSINA. Medicínská biofyzika. 2. vydání, zcela přepracované a doplněné vydání. Praha: Grada Publishing, 2019. ISBN 978-80-271-0209-9.
2. AMLER, Evžen, Tomáš BLAŽEK a Jindřiška HEŘMANSKÁ. Praktické úlohy z biofyziky. I. 1. vydání. Praha: Ústav biofyziky 2. lékařské fakulty UK, 2006.
3. HRAZDIRA, Ivo a Vojtěch MORNSTEIN. Lékařská biofyzika a přístrojová technika. Brno: Neptun, 2001. ISBN 978-80-902896-1-1.
4. ALBERTS, Bruce, ed. Základy buněčné biologie: úvod do molekulární biologie buňky. 2. vydání. Ústí nad Labem: Espero, 2006. ISBN 978-80-902906-2-4.
5. BENEŠ, Jiří, Daniel JIRAK a Frantisek VITEK. Základy lékařské fyziky. 4. vydáni. Praha: Karolinium, 2015. ISBN 978-80-246-2671-0.
6. AMLER, Evžen. Lékařské textilie. 1. díl. Praha: Ústav experimentální medicíny AV, 2008.
7. Studijní materiály předmětu v systému Moodle

Last update: Tejral Gracian, Mgr., Ph.D. (30.09.2021)

Requirements to the exam

Získání zápočtu z praktických cvičení a znalosti v rozsahu přednášek a zkouškových otázek.

Last update: Tejral Gracian, Mgr., Ph.D. (02.09.2022)

Syllabus

1. Fyzikální jednotky a jejich soustavy; převody jednotek
2. Biomechanika a biomechanické vlastnosti tkání
3. Funkční a biomechanické vlastnosti pojivových tkání (sval, vazy, chrupavka, kost, kloub)
4. Harmonický oscilátor (kinematika, dynamika, energie; Hookův zákon)
5. Mechanika pevných těles (elastické vlastnosti látek, modul pružnosti a jeho průběh)
6. Biomechanika krevního oběhu (srdce, cévy, krev, proudění krve, krevní oběh)
7. Ideální kapalina, Bernoulliho rovnice, rovnice kontinuity
8. Reálné kapaliny a krevní oběh (hydrodynamika krevního oběhu, proudění krve)
9. Viskozita kapalin a krve (laminární tok, Poiseuilův zákon, faktory ovlivňující viskozitu, metody měření)
10. Krevní tlak a metody jeho měření
11. Difúze, osmóza, hemodialýza (Fickovy zákony)
12. Fourierova transformace fyzikálních veličin
13. Mechanické vlnění, podélné a příčné vlnění
14. Princip šíření zvuku, rychlost šíření zvuku, akustická rychlost, akustický tlak
15. Akustická impedance, intenzita zvuku, hladina intenzity zvuku, vnímání intenzity
16. Barva zvuku, výška zvuku
17. Jednotky používané ve fyziologické akustice
18. Biofyzika sluchového aparátu
19. Audiogram, sluchové pole (práh slyšitelnosti a bolesti)
20. Vyšetřovací metody sluchu, principy korekce sluchových vad
21. Infrazvuk, ultrazvuk; zdroje a účinky
22. Principy diagnostického a terapeutického užití ultrazvuku
23. Šíření ultrazvuku v organismu, chování na rozhraní
24. Ultrazvukové vyšetřovací metody
25. Dopplerovská sonografie
26. Možná rizika sonografického vyšetření
27. Rázové vlny, princip litotripse extrakorporální rázovou vlnou
28. Elektrostatická interakce, elektrostatické pole, částice v elektrostatickém poli, princip superposice, iontová vazba
29. Elektrické napětí, elektrický proud, elektrická energie, práce a výkon
30. Účinky elektrického a magnetického pole na organismus
31. Magnetické pole a srovnání magnetického pole s elektrickým
32. Účinky elektřiny na živý organismus; iontoforéza a galvanizace, elektroléčba, elektrostimulace, vysokofrekvenční elektrochirurgie
33. Interakce elektromagnetických polí s živou hmotou; magnetoterapie
34. Nukleární magnetická rezonance; princip, použití a výhody metody
35. Magnetická potenciální energie
36. Postupný vznik MR obrazu
37. MR a signály různých tkání, kontrastní látky
38. Světlo a optika - definice pojmů
39. Spektrum elektromagnetického vlnění a jeho pásma
40. Šíření světla prostředím, transmise, absorpce, reflexe
41. Kvantová optika, fotony, absorpční a emisní spektra
42. Zrcadla a čočky
43. Lupa a meze rozlišení, princip optické mikroskopie, teleskopy, světlovody
44. Zdroje a detektory světla, oko
45. Oko jako optická soustava - fyzikální charakteristiky
46. Optické vady oka, korekce očních vad
47. Detektory světla, oko jako detektor světla, biofyzika vidění
48. Barva světla, její vnímání, citlivost, fotometrie
49. Infračervené a ultrafialové záření
50. Stavba atomu
51. Druhy ionizujícího záření, jejich vznik
52. Typy a základy kinetiky radioaktivních proměn
53. RTG záření, vznik, vlastnosti a využití
54. Spektrum rentgenového zdroje a možnosti jeho modifikace
55. Přirozené a umělé zdroje ionizujícího záření
56. Základní principy interakce záření s prostředím
57. Interakce elektromagnetického záření s látkou
58. Interakce přímo ionizujícího záření s látkou
59. Detektory ionizujícího záření, princip funkce a využití v medicíně
60. Dozimetrie a ochrana před ionizujícím zářením
61. Biologické účinky ionizujícího záření, použití radionuklidů v medicíně
62. Termodynamický systém, stavové veličiny; vnitřní energie, teplo, práce
63. První věta termodynamická
64. Druhá věta termodynamická (ekvivalentní formulace)
65. Předávání tepla vedením, prouděním a zářením
66. Entropie v živých organismech
67. Termometrie, termografie, typy teploměrů obecně, lékařské teploměry
68. Tepelná pohoda organismu, regulace teploty v organismu, vliv tepelného záření okolního prostředí, vliv vlhkosti a proudění vzduchu
69. Působení nižších a vyšších teplot na organismus, využití v medicíně, hypertermie a kryoterapie
70. Biofyzikální princip přeměny energií v mitochondriální membráně
71. Biofyzikální podstata tvorby ATP ATP-syntázou
72. Struktura biologické membrány a membránová fluidita
73. Biofyzikální podstata transportu v membránách
74. Cytoskeleton a jeho dynamika
75. Střední filamenta, mikrotubuly, aktinová filamenta
76. Fyzikální základy buněčného pohybu
77. Molekulární motory
78. Iontové kanály
79. Klíčové faktory pro buněčnou organizaci tkání
80. Tkáně - pojivové, epitelové, svalové, nervové
81. Struktura a stabilita pojivové tkáně
82. Biofyzikální vlastnosti spojů epitelů
83. Biofyzika svalové práce (svalový stah)
84. Nervové tkáně - membránový potenciál
85. Nervové tkáně - akční potenciál, podstata jeho šíření
86. Laser - princip, charakteristika a vlastnosti paprsku
87. Laserové zdroje
88. Využití laserového záření a aplikace laserů v medicíně
89. Cytotometrie (průtoková cytometrie, FACS)
90. Infračervená spektroskopie
91. Ramanova spektroskopie
92. Hmotnostní spektroskopie a plynová chromatografie
93. Užití jednotlivých principů optiky v medicíně
94. Principy endoskopie
95. Optická mikroskopie (mikroskop pro procházející a dopadající světlo, fázový kontrast, polarizační mikroskop, fluorescenční mikroskop, interferenční mikroskop)
96. Elektronová mikroskopie
97. Fluorescenční spektroskopie ("steady state" spektroskopie, zhášení fluorescence, doby života excitovaného stavu, polarizace fluorescence, fluorofory)
98. Mikroskopie skenovací sondou
99. Principy zobrazovacích metod využívajících neionizující záření resp. vlnění (sonografie, termografie, MRI)
100. Principy zobrazovacích metod využívajících ionizující záření (RTG, PET, SPECT, CT)
101. Hybridní zobrazovací metody a jejich výhody
102. Ionizující záření v terapii, radioterapeutické techniky
103. Pojem biosignálu a jeho význam
104. Biosignály neelektrické povahy, převodníky neelektrických veličin
105. Elektrické projevy organismů a jejich subsystémů
106. Elektrody; artefakty
107. Nativní záznam, provokace a stimulace
108. Zpracování a analýza biosignálů; pojem kanálu
109. Diferenciální zesilovače a zapojení jejich vstupů
110. Elektrokardiografie
111. Elektroencefalografie
112. Kardiostimulátor, defibrilátor, elektrokonvulzivní terapie
113. Základní princip tkáňového inženýrství
114. Postup při přípravě arteficiálních tkání
115. Tkáňové inženýrství chrupavky - důvody vzniku a rozvoje
116. Řízené uvolňování léčiv
117. Liposomy, jejich vlastnosti, příprava
118. Použití liposomů ve tkáňovém inženýrství pro řízené dodávání bioaktivních látek

Last update: Tejral Gracian, Mgr., Ph.D. (02.09.2022)