Základy teorie chyb
- absolutní chyba, relativní chyba, hrubá chyba, systematické chyby, náhodné chyby, aritmetický průměr, standartní chyba aritmetického průměru, grafické zpracování výsledků měření
Měření vybraných fyzikálních veličin
- Měření hmotnosti – váhy pákové, pružinové a torzní, tenzometrické
- Měření hustoty-pyknometrická metoda, metoda ponorného tělíska, Mohrovy vážky
- Měření viskozity – Newtonův zákon viskozity, rotační viskozimetry, tělískové viskozimetry, Stokesův zákon, výtokové a kapilární viskozimetry, Hagen - Poiseuillův zákon
- Kalorimetrická měření – měrná tepelná kapacita, Dewarova nádoba, směšovací kalorimetr, elektrický kalorimetr
- Refraktometrie – Snellův zákon, mezný úhel, Abbého refraktometr
- Polarimetrie – optická aktivita látek, kruhový polarimetr
- Spektrofotometrie – Lambertův a Lambert – Beerův zákon, absorbance, spektrofotometr
Hmota
Biologické membrány a transport látek přes membránu
- Biomembrána- model fluidní mozaiky, funkce, lipidová dvojvrstva – složení a stavba
- Transport látek přes membránu – pasivní transport (difúze, osmóza), Donnanova rovnováha, aktivní transport (skupinová translokace, transport pomocí membránových váčků, transport pomocí specifických přenašečů)
- Kompartmentová analýza
Volné radikály
- Definice, tvorba a radikálová chemie
- Reactive Oxygen Species – hlavní zástupci této skupiny (tvorba/zánik, působení v organismu)
- Reactive Nitrogen Species – hlavní zástupci této skupiny (tvorba/zánik, působení v organismu)
- Poškozující účinek na biomolekuly – lipidová peroxidace, poškození proteinů a DNA
- Oxidativní stres – princip/důsledky
Mechanika tekutin a základy reologie, biofyzika proudění tělních kapalin
- Hydrodynamika - klasifikace kapalin, rovnice pro ideální a newtonovské kapaliny – rovnice kontinuity, Bernoulliho rovnice, proudění ideálních kapalin, rovnice pro viskózní kapaliny – Navier – Stokesova rovnice, viskozita, proudění reálných kapalin, Hagen –Poiseuillův zákon, Stokesův zákon
- Základy reologie - vztah mezi deformací a namáháním (strain-stress křivka), rozdělění látek dle mechanických vlastností, dynamické namáhání, význam reologie, reologické rozdělení těles, reologická elementární tělesa a reologické modely, křivky toku
- Proudění tělních tekutin – srdce a převodní systém srdeční, srdeční cyklus - fáze a popis tlakových a objemových změn, kvantifikace srdeční činnosti, krev a krevní tlak, hydromechanické zákony významné pro popis průtoků a tlakových poměrů v krevním řečišti
Ultrazvuk a magnetické rezonanční zobrazování (MRI)
- Fyzikální vlastnosti – definice, akustická impedance, rozhraní (odraz vs transmise)
- Princip zobrazování – časové zpoždění a pokles intenzity, A-scan, B-scan (2D, 3D and 4D zobrazení; T-M scan); IVUS
- Dopplerův jev – princip (pohyblivý zdroj a stojící přijímač a opačně)
- Zobrazení krevního toku – CW Doppler, PW Doppler (Colour Doppler/Spectral Doppler/Colour Doppler Energy)
- Využití ultrazvuku v terapii – hlavní terapeutická aplikace ultrazvuku; biologické účinky ultrazvuku
- MRI princip – vlastnosti jádra, magnetický moment, Larmorova frekvence, elektromagnetický impulz, absorpce energie, TR, TE
- MRI zobrazování – T1-, T2-, PD-vážené obrazy, MRI scan
- MR angiografie – CE MRA, PC MRA, TOF MRA
- FMRI – princip
Radioaktivita
- Radioaktivita – definice, charakterizace, proces radioaktivní přeměny, aktivita, fyzický poločas, protonové/nukleonové číslo, izotop, izobar, izoton, izomer
- Radioaktivní přeměna – alfa, beta and gama; neutrony
- Interakce ionizujícího záření s obaly atomů – excitace, ionizace, princip interakce alfa, beta a gama záření s absorbující hmotou
- Interakce ionizujícího záření s jádry atomů – neutrony, pozitivně nabité částice, fotonukleární reakce
- Jaderné reakce – princip (tepelné a rychlé neutrony), jaderná řetězová reakce
Optika a biofyzika vidění
- Optika – spektrum a vlastnosti elektromagnetického záření, šíření světla – lom a odraz světla, disperze světla, optická spektra, vlnová optika- interference, difrakce a polarizace světla, základy paprskové optiky, kvantová optika¨
- Biofyzika vidění – stavba oka, optický systém oka, blízky a vzdálený bod, akomodační šíře, zraková ostrost, stavba sítnice, mechanismus funkce tyčinek a čípků, refrakční vady oka
Ionizující záření (biologické efekty a aplikace v medicíně)
- Radiobiologický efekt - fyzikální, fyzikálně-chemický, chemický a biologický proces; buněčný cyklus a buněčná radiosenzitivita; účinky ionizujícího záření (přímé, nepřímé); kyslíkový poměr
- Radiační poškození – stochastické a deterministické účinky
- Radioterapie – uzavřené/otevřené zdroje; ozařovače (zdroje gama záření, částicové urychlovače, protonová terapie); 3D scintigrafie (SPECT, PET)
Úvod do termodynamiky
-
Teplota, vlastnosti plynů (ideální plyn, reálné plyny), tlak, Boyleův zákon, Charlesův zákon stavová rovnice ideálního plynu, teplo, práce, komprese ideálního plynu, Carnotův cyklus
RTG a Výpočetní tomografie
- RTG záření – vlastnosti, princip rentgenky, brzdné a charakteristické záření
- Interakce RTg záření s hmotou – zeslabení intenzity záření, fotoelektrický jev, Comptonův rozptyl
- Aplikace v lékařství – fluoroskopie, radiografie, kontrastní činidla
- Computed Tomography – princip, atenuační faktor, voxel, Hounsfieldovy jednotky
Akustika a biofyzika slyšení
- Akustika - akustické vlnění, vlnění v bodové řadě – harmonický pohyb, interference vlnění, rychlost vlnění, energie vlnění, intenzita zvuku, akustická spektra, fyziologická akustika – výška zvuku, hlasitost
- Biofyzika slyšení – struktura a funkce ucha, mechanismus slyšení, audiometrie
Praktická cvičení z biofyziky
-
Měření hustoty
-
Měření viskozity
-
Měření tepla - kalorimetrie
-
Měření lomu světla - refraktometrie
-
Měření optické otáčivosti - polarimetrie
-
Měření světelné absorpce - spektrofotometrie
-
Biometrická měření
-
Biofyzika vidění
-
Audiometrie
-
Vliv velikosti molekuly na rychlost difúze
Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (26.09.2023)
Theory of errors
- absolute error, relative error, gross error, systematic errors, random errors, mean value, standard deviation of mena value, graphical processing of measurement results
Measurement of some physical quantities
- Mass measurement – mass, weight, equal –arm balances, spring and torsion balances, tensometric balances
- Density measurement - pycnometric method of measurement of solutions and solids, hydrometer, immersion body method
- Viscosity measurement - viscosity, Newton´s law of viscosity, capillary viscometers, Hagen-Poiseuille´s equation, body viscometer, Stoke´s law, Höppler´s viscometer, rotational and torsion viscometers
- Calorimetric measurements - heat, specific heat capacity, law of conversation of energy, electric calorimeter, heat capacity of calorimeter
- Refractometry - Snell's law, absolute refractive index, critical Angle, Abbe´s refractometer
- Polarimetry - linearly polarized light, optical activity of substances, angle of optical rotation, circle polarimeter
- Spectrophotometry - Lambert´s law, Lambert´s - Beer law, absorptivity, absorption spectrum, calibration curve, spectrophotometer
The Matter
- The forms of the matter – substance and field
- Force interaction– 4 kinds of basic force interactions and energy of a particle in a force field
- Particles– photons, leptons, mesons, baryons, and a dual character
- Atom – atomic nucleus and shell (orbitals, quantum numbers)
- Physical-chemical properties of molecules and their structure – strong and weak chemical interactions
- Biopolymers and their structure
- Dispersion system and its properties
Biological membranes and transport across membranes
- Biomembrane - fluid mosaic model, function, lipid bilayer - composition and structure, micelles and liposomes - structute and importance
- Membrane transport - passive transport (diffusion, osmosis), Donnan´s equilibrium, active transport (group translocation, transport via membrane vesicles, transport via specific transporters)
Free Radicals
- Matter - atom structure, subatomic particles, quantum numbers, the four fundamental forces of nature, energy of particles
- Free radicals – the formation of free radicals, reactive oxygen and nitrogen species and the characterization of the most important representatives, the reaction of free radicals with biomolecules (lipids, proteins and DNA), Oxidative stress, Fenton´s reaction for copper and iron
Fluid mechanics, basics of rheology and mechanics of body fluid flow
- Liquid dynamics - liquids classification, flow of fluids, basic equations for ideal and Newtonian fluids - continuity equation, Bernoulli equation, Navier-Stokes equation, viscosity, Newton Law of viscosity, Hagen-Poiseuille´s law, Stoke´s law
- Basics of rheology - importance, rheological classification of bodies, viscoeleasticity, rheological axioms, elementary rheological bodies and rheological models, rheological diagrams- creep curves
- Body fluid flow - heart and circulatory system, cardiac cycle, quantification of heart activity, blood and blood pressure, hydromechanical laws important for the description of flow and pressure conditions in the bloodstream
Ultrasound and Magnetic Resonance Imaging (MRI)
- The physical principle – the physical properties of ultrasound, transverse and longitudinal waves, acoustic impedance, the generation of echoes, intensity decrease of echoes
- The imaging – A-scan, B-scan, piezoelectric and magnestrictive transducers, Motion Mode, TRSU and IVUS
- Doppler shift – characterization of Doppler shift, its application in medicine (Doppler shift formula), CW and PW flowmeter, PW methods (CDI, SDR, CDE)
- Ultrasound therapy – biological effects, therapy application, ATDD
- MRI - magnetic properties of nucleus, electromagnetic impulse, T1 and T2 time, TR, the principle of the resonance generation, weighted images, image reconstruction principle, MRA, FMRI, MRI application
-
Radioactivity
- Radioactivity – radioactivity definitions and characterization, activity (quantity) and physical half-time, atomic number, mass number; isotopes, isobars, isotones and isomers definitions
- Rays – alpha, beta and gamma radiation and their characterization
- Interactions – the interaction of radiation with either atom shell or atom nucleus
Optics and Biophysics of Vision
- Optics - spectrum and properties of electromagnetic radiation, light propagation - refraction and reflection of light, light diffraction and polarization, quantum optics
- Biophysics of vision - optical system of an eye, near and distant point, accommodation range, visual acuity, retinal structure, mechanism of function of rode cells and cone cells, refractive defects of the eye
Ionizing Radiation – Biological Effects and the Application in Medicine
- Dosimetry – the basic dosimetry quantities
- Radiobiological effects – 4-step radiobiological effect and its pathological effects on cells and tissue/organ, cell cycle, direct and indirect effects of ionizing radiation, stochastic versus deterministic effects (ARS and CRS)
- Radiotherapy – sealed and open sources, Irradiators – i) gamma radiation sources, ii) particle accelerators
- Radiodiagnosis – 3D scintigraphy (PET and SPECT)
Introduction to Thermodynamics
- Temperature, properties of gases (ideal gas, real gases), pressure, Boyle’s law, Charles’s law, ideal gas law, heat, work, compression of ideal gas, Carnot cycle
X-rays
- X-rays – the physical properties, X-ray tube, types of X-ray radiation, the interaction of X-ray with the matter, fluoroscopy and radiography, contrast agents
- Computed Tomography – the description of the principle of the method, voxel, Hounsfield units
Acoustics and biophysics of hearing
- Acoustics - acoustic waves, acoustic wave equation - harmonic movement, waves interference, wave velocity, wave energy, sound intensity, acoustic spectra, physiological acoustics - sound height, volume
- Hearing Biophysics - structure and function of an ear, hearing mechanism, audiometry
Practical trainings
- Density measurement
- Viscosity measurement
- Heat measurement - calorimetry
- Light Refraction Measurement - refractometry
- Measurement of optical rotation - polarimetry
- Measurement of light absorption - spectrophotometry
- Biometric measurements
- Biophysics of vision
- Audiometry
- Effect of molecular size on diffusion rate
Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (26.09.2023)
|