Изменения! Содержание II цикла занятий по медицинской физике

Занятие №8. Коллоквиум №1
Вопросы к коллоквиуму «Биологические мембраны: физические свойства, методы
исследования. Биопотенциалы. Физические основы диагностики »
1. Биологические мембраны (БМ), их основные функции. Липидный бислой, особенности его
формирования. Физические характеристики бислоя: толщина, электрическое
сопротивление. Липидный бислой как электрический конденсатор. Жидкостно-мозаичная
модель биологической мембраны.
2. Методы исследования биологических структур. Электронная микроскопия. Волновые
свойства электронов. Атомная силовая микроскопия.
3. Методы исследования биологических структур. Рентгеноструктурный анализ. Ход
рентгеновских лучей в кристалле, формула Вульфа-Брэггов.
4. Электрохимический потенциал, его формула. Транспорт веществ через биологическую
мембрану: пассивный и активный, принципиальные различия между ними.
5. Диффузия заряженных частиц через БМ, уравнение Теорелла. Уравнение Нернста - Планка.
6. Трансмембранная разность потенциалов, определение. Микроэлектродный метод
регистрации биопотенциалов. Схема регистрации мембранной разности потенциалов в
клетке.
7. Механизм возникновения потенциала покоя: роль градиентов концентрации и
электрического потенциала при формировании потенциала покоя.
8. Биопотенциал покоя. Как соотносятся электрохимические потенциалы внутри и снаружи
клетки, находящейся в состоянии покоя? Формула Нернста для расчёта равновесного
мембранного потенциала (её вывод).
9. Уравнение Гольдмана. Как соотносятся между собой коэффициенты проницаемости для
разных ионов, если клетка находится в покое?
10. Биопотенциал действия. Схема регистрации потенциала действия в аксоне. Начертите
график потенциала действия в аксоне. Покажите на графике величины потенциалов
действия, покоя и реверсии.
11. Биопотенциал действия. Уравнение Ходжкина – Хаксли для трансмембранного тока.
12. Особенности потенциала действия кардиомиоцитов. Состояния каналов и направления
потоков ионов Na, Ca и K в различные фазы потенциала действия кардиомиоцита.
13. Электрокардиография. Основные положения теории Эйнтховена.
14. Как регистрируется разность потенциалов на поверхности тела человека, чем
определяется ее величина? Электрокардиограмма.
15. Что такое электроэнцефалограмма? Каковы особенности электрических колебаний,
регистрируемых на электроэнцефалограмме?
16. Автоволны в активных средах. Тау-модель. Характеристики автоволн (период
рефрактерности, скорость распространения, длина автоволны).
17. Трансформация сердечного ритма в неоднородной по рефрактерности АВС.
18. Какая жидкость называется идеальной? Что такое вязкость? Формула Ньютона для силы
внутреннего трения. Какие жидкости называются ньютоновскими и неньютоновскими?
Кровь как неньютоновская жидкость.
19. Основные гидродинамические показатели: линейная и объемная скорости, давление. Закон
неразрывности струи.
20. Закон Пуазейля. График распределения давления вдоль сосуда.
21. Пульсовая волна. Характеристики пульсовой волны: амплитуда в различных участках
сосудистого русла, длина волны, скорость ее распространения.
22. Модель Франка.
II цикл «Рентгеновское излучение. Радиоактивность. Методы ядерной
физики в медицине»
Занятие №9
Семинарское занятие «Рентгеновское излучение. Физические принципы
рентгенодиагностики»
Контрольные вопросы
1. Шкала электромагнитных волн. Свойства ЭМ волн в различных диапазонах.
2. Устройство рентгеновской трубки.
3. Каков механизм возникновения тормозного рентгеновского излучения? Почему спектр
тормозного излучения сплошной? Как определить его коротковолновую границу?
4. Как осуществляется регулировка интенсивности и жесткости рентгеновского излучения в
рентгеновских аппаратах? Как и от чего зависит поток тормозного рентгеновского
излучения?
5. Объясните механизм возникновения характеристического рентгеновского излучения.
Какую информацию можно получить на основании изучения характеристических
рентгеновских спектров?
6. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом: когерентное рассеяние,
фотоэффект, комптон-эффект.
7. Вывести закон ослабления рентгеновского излучения при взаимодействии рентгеновского
излучения с веществом.
8. Почему жесткое рентгеновское излучение, которое в меньшей степени поглощается
веществом, более вредно по биологическому действию, чем мягкое?
9. На чем основано использование рентгеновского излучения в диагностике? Опишите
методы контрастирования кровеносного русла и ЖКТ.
10. Каковы принципы и возможности рентгеновской компьютерной томографии?
11. Каковы способы снижения дозы облучения пациента при рентгенодиагностическом
обследовании?
Задачи для решения на занятии № 9
1. Шкала электромагнитных волн. В каком частотном диапазоне находится рентгеновское
излучение?
2. Найти коротковолновую границу рентгеновского спектра, если напряжение между анодом
и катодом трубки 120кВ. Изменится ли min при увеличении напряжения на катоде трубки?
Домашнее задание № 9
I.
Решить задачи:
1. Чему равна энергия кванта рентгеновского излучения с длиной волны 10нм?
Почему спектр тормозного рентгеновского излучения является сплошным?
2. Во сколько раз изменится скорость электронов в рентгеновской трубке при
увеличении напряжения от 10кВ до 100кВ?
3. Найти коротковолновую границу рентгеновского спектра, если напряжение между
анодом и катодом трубки 200кВ. Изменится ли min при увеличении напряжения
между анодом и катодом рентгеновской трубки?
II. Самоподготовка: изучить самостоятельно и составить краткий конспект по
контрольным вопросам к следующему занятию.
Занятие №10
Семинарское занятие «Радиометрия и дозиметрия»
Контрольные вопросы
1. Явление радиоактивности, определение. -, - и - излучения; привести уравнения для - и распадов.
2. Основной закон радиоактивного распада (вывод). График.
3. Постоянная распада, период полураспада: связь между этими величинами.
4. Активность радиоактивного препарата, единицы измерения. Изменение активности во времени.
5. Взаимодействие -,-,-излучений с веществом. Ионизирующая и проникающая способности -, , - излучений. Способы защиты от этих излучений.
6. Дозиметрия радиоактивного излучения. Поглощенная, экспозиционная, эквивалентная и
эффективная дозы. Соотношения между ними.
7. Единицы измерения доз в СИ и внесистемные единицы.
8. Мощность дозы. Единицы измерения мощности дозы. Зависимость мощности экспозиционной дозы
от активности препарата.
9. Естественный радиоактивный фон Земли, его основные источники. Мощность экспозиционной
дозы фона при нормальных условиях. Нарушения радиоактивного фона при техногенных
катастрофах. Расчёт мощности экспозиционной дозы по активности радиоактивного препарата.
Задачи для решения на занятии №10
1.Опишите состав атомов тория 230 90Th и радия 226 88Rа.
2.Ядро атома изотопа азота 14 7N поглощает нейтрон, испускает протон и превращается в ядро Х.
Напишите реакцию и определите ядро Х.
3. Радиоактивный препарат имеет постоянную распада λ = 1,44∙10-3 час-1. Через сколько времени
распадется 75% первоначального количества ядер?
4.Рабочий в течение 6 часов должен находиться в 200 см от точечного источника гаммаизлучения. Какова должна быть активность источника гамма-излучения в мКu, чтобы можно было
обойтись без защитного экрана? Постоянная гамма распада – 2 Р см2/мКu час.
Допустимая доза экспозиционная равна 0,01 Р.
5. При рентгенологическом исследовании грудной клетки средняя эквивалентная доза облучения
лёгких составила 180 мкЗв; молочных желез - 30 мкЗв; щитовидной железы - 50 мкЗв; красного
костного мозга – 110 мкЗв; гонад – 10 мкЗв; поверхностной ткани - 25 мкЗв; желудка, кишечника,
печени, почек, селезёнки, поджелудочной железы – по 20мкЗв. Облучением остальных органов
можно пренебречь. Определить эффективную эквивалентную дозу, полученную пациентом при
обследовании.
Домашнее задание № 10
I.Решить задачи:
1.В какое ядро превратится ядро висмута, испустив α-частицу? Записать уравнение ядерной
реакции.
2.Ядро тория 230 90Th превратилось в ядро радия 226 88Rа. Какую частицу выбросило ядро тория?
Напишите уравнение этого радиоактивного распада.
3.При бомбардировке нейтронами атома алюминия 2713Al испускается альфа-частица. В ядро
какого изотопа превращается ядро алюминия? Напишите уравнение реакции.
4. Период полураспада радиоактивного фосфора 30
15Р составляет 3 минуты. Чему равна постоянная
распада этого элемента?
5.Средняя мощность экспозиционной дозы облучения в рентгеновском кабинете равна
6,45*10-12Кл/(кг*с). Врач находится в кабинете в течение дня 5 часов. Какова эквивалентная доза
облучения за шесть рабочих дней?
6.Тело массой 60 кг в течении 6 часов была поглощена энергия 1 Дж. Найдите поглощенную дозу и
мощность поглощенной дозы.
II.
Самоподготовка: Ответить письменно на контрольные вопросы к
следующему семинарскому занятию.
Занятие №11
«Методы ядерной физики в медицине. Радионуклиды. Ускорители. Радионуклидная
диагностика и терапия.
Позитронно-эмиссионная томография. Магнитно-резонансная томография»
Контрольные вопросы
1. Естественная и искусственная радиоактивность.
2. Радионуклиды. Радиофармпрепараты. Диагностическое и терапевтическое
использование.
3. Получение радионуклидов. Ускорители заряженных частиц.
4. Почему при радионуклидной диагностике в организм пациента вводят
радиофармпрепарат, а не чистый радионуклид?
5. Однофотонная эмиссионная компьютерная томография.
6. Позитронно-эмиссионная томография. Принцип работы и возможности
применения ПЭТ.
7. Отличия изображений, полученных с помощью КТ и ПЭТ.
8. Явление ядерного магнитного резонанса. Принцип работы и возможности
применения магнитного резонансного томографа.
9. В чем состоит принципиальное отличие рентгеновского, ПЭТ и МР-томографов?
Задачи для решения на занятии №11
1.Для определения объёма крови у животного используется следующий метод. У
животного берут небольшой объем крови, отделяют эритроциты от плазмы и помещают их
в раствор с радиоактивным фосфором, который ассимилируется эритроцитами. Меченные
эритроциты снова вводят в кровеносную систему животного, и через некоторое время
измеряют активность пробы. В кровь некоторого животного ввели ΔV=1мл такого раствора.
Начальная активность этого объёма была равна А0=7000Бк. Активность 1мл крови, взятой
из вены животного через сутки, оказалась равной 38 Бк. Определить объём крови
животного, если период полураспада радиоактивного фосфора равен 14,3 суток.
2.Допустимая активность йода-131 в щитовидной железе человека должна быть не более
5нКu. У некоторых людей, находившихся в зоне Чернобыльской катастрофы, активность
йода-131 доходила до 800 нКu. Через сколько дней активность снижалась до нормы?
Период полураспада йода-131 равен 8 суткам.
Домашнее задание № 11
Решить задачи:
14
1. В ядро атома азота
7 N попадает альфа-частица и остается в нем. При этом
образуется ядро некоторого элемента и испускается протон. Каков порядковый номер этого
элемента в периодической системы элементов.
2. После Чернобыльской аварии в некоторых местах загрязненность почвы
радиоактивным цезием-137 составляла 45 Кu/км2. Через сколько лет активность в этих
местах снизится до относительно безопасного уровня 5 Кu/км2. Период полураспада цезия137 равен 30 годам.
3. Подготовить сообщение или презентацию по темам «Гамма-нож: физический
принцип, назначение», «Кибер-нож; физический принцип, назначение».
Самоподготовка: Подготовка к коллоквиуму №2.
Занятие №12. Коллоквиум №2
Вопросы к коллоквиуму «Рентгеновское излучение. Элементы физики атомного
ядра»
1. Рентгеновское излучение: физическая природа и диапазон длин волн.
Устройство рентгеновской трубки.
2. Каков механизм возникновения тормозного рентгеновского излучения? Почему спектр
тормозного излучения сплошной. Как определить его коротковолновую границу?
3. Как осуществляется регулировка интенсивности и жесткости рентгеновского излучения в
рентгеновских аппаратах? Как и от чего зависит поток тормозного рентгеновского
излучения?
4. Объясните механизм возникновения характеристического рентгеновского излучения.
Какую информацию можно получить на основании изучения характеристических
рентгеновских спектров?
5. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом: когерентное рассеяние,
фотоэффект, комптон-эффект.
6. Вывести закон ослабления рентгеновского излучения при взаимодействии рентгеновского
излучения с веществом.
7. На чем основано использование рентгеновского излучения в диагностике? Опишите
методы контрастирования кровеносного русла, ЖКТ и других мягких тканей.
8. Метод рентгеновской компьютерной томографии.
9. Современные рентгеновские компьютерные томографы.
10. Явление радиоактивности, определение. -, - и - излучения; привести уравнения для - и
- распадов.
11. Основной закон радиоактивного распада (вывод). График. Постоянная распада, период
полураспада: связь между этими величинами.
12. Активность радиоактивного препарата, единицы измерения. Изменение активности во
времени.
13. Взаимодействие -,-,-излучений с веществом. Ионизирующая и проникающая
способности -, -, - излучений. Способы защиты от этих излучений.
14. Дозиметрия радиоактивного излучения. Поглощенная, экспозиционная, эквивалентная и
эффективная дозы. Соотношения между ними. Единицы измерения доз в СИ и
внесистемные единицы.
15. Мощность дозы. Единицы измерения мощности дозы. Расчёт мощности экспозиционной
дозы по активности радиоактивного препарата.
16. Естественный радиоактивный фон Земли, его основные источники. Мощность
экспозиционной дозы фона при нормальных условиях. Нарушения радиоактивного фона
при техногенных катастрофах.
17. В чём состоит опасность выброса радионуклидов в атмосферу и окружающую среду?
18. Радионуклиды. Принципы радионуклидных методов диагностики.
19. Методы ядерной физики в медицине. Позитронно-эмиссионная томография.
20. Магнитно-резонансная томография.