Лебединське медичне училище імені проф.. М.І. Сітенка

Основи біофізики та медичної апаратури

Р.

Зміст

Вступ…………………………………………………………………………7

§1 Фізика та медицина…………………………………………………..10

Частина 1. Біомеханіка. Біоакустика. Біореологія. Гемодинаміка………10

Розділ 1. Елементи біомеханіки……………………………………………10

§1.1 Опорно-рухова система людини……………………………………10

§1.2 Деформації тіл та їх характеристики………………………………16

§1.3 Деформації біологічних тканин……………………………………18

Розділ 2. Біоакустика………………………………………………………..21

§2.1 Звукові хвилі…………………………………………………………21

§2.2 Фізичні характеристики звуку………………………………………25

§2.3 Фізичні основи слуху………………………………………………..33

§2.4 Фізичні основи голосу……………………………………………….36

§2.5 Звукові методи діагностики…………………………………………38

§2.6 Ультразвук……………………………………………………………41

§2.7 Інфразвук…………………………………………………………….44

§2.8 Вібрація……………………………………………………………….46

§2.9 Шум……………………………………………………………………48

Розділ 3. Біореологія та гемодинаміка…………………………………….52

§3.1 Внутрішнє тертя. Закон Ньютона……………………………………52

§3.2 Методи віскозиметрії………………………………………………..54

§3.3 Ламінарна та турбулентна течія. Число Рейнольдса………………..56

§3.4 Основні закони гідродинаміки та їх застосування в медичній техніці….58

§3.5 Система кровообігу людини………………………………………….64

§3.6 Основні гемодинамічні показники…………………………………..67

§3.7 Пульсова хвиля……………………………………………………….70

Частина 2. Біомембрани. Електродинаміка біологічних систем…………73

Розділ 4. Біологічні мембрани………………………………………………73

§4.1 Структура, властивості і функції мембран…………………………..73

§4.2 Транспорт речовин через мембрани…………………………………79

§4.3 Мембранні потенціали спокою і дії………………………………….82

Розділ 5. Фізичні основи електрографії тканин та органів…………………87

§5.1 Основні характеристики електричного поля………………………..87

§5.2 Електричний диполь………………………………………………….88

§5.3 Теорія Ейнтховена. Фізичні основи ЕКГ……………………………89

Розділ 6. Фізичні процеси в біотканинах під дією електричного струму……..94

§6.1 Характеристика електричного струму. Закони Ома і Джоуля-Ленца…..94

§6.2 Електропровідність тканин організму. Гальванізація. Електрофорез….95

§6.3 Імпульсний струм та його дія на організм………………………….97

§6.4 Змінний струм. Фізичні основи реографії………………………….99

§6.5 Дія постійного та змінного електричного струму на біооб'єкти…104

§6.6 Магнітне поле……………………………………………………….107

§6.7 Магнітні властивості речовин…………………………………….110

§6.8 Електромагнітні хвилі та їх дія на біооб'єкти……………………111

§6.9 Методи лікування струмами високої частоти та механізми їх дії.126

Частина 3. Оптика. Теплове випромінювання. Елементи квантової біофізики. Іонізуюче випромінювання……………………………………129

Розділ 7. Оптичні явища та їх використання в біології та медицині……129

§7.1 Природа світла. Закони геометричної оптики…………………….129

§7.2 Оптичні методи дослідження біооб’єктів…………………………133

§7.3 Лінзи…………………………………………………………………141

§7.4 Біофізика зору………………………………………………………144

§7.5 Оптична мікроскопія………………………………………………149

Розділ 8. Теплове випромінювання……………………………………….153

§8.1 Характеристика теплового випромінювання……………………..153

§8.2 Закони теплового випромінювання……………………………….154

§8.3 Застосування інфрачервоного випромінювання в медицині…….156

§8.4 Ультрафіолетове випромінювання………………………………..159

Розділ 9. Елементи квантової біофізики…………………………………164

§9.1 Елементи квантової механіки…………………………………….164

§9.2. Люмінесценція……………………………………………………165

§9.3 Лазери та їх використання в медицині…………………………..168

§9.4 Електронний парамагнітний резонанс…………………………..173

§9.5 Ядерний магнітний резонанс. ЯМР-томографія………………..176

Розділ 10. Рентгенівське випромінювання………………………………178

§10.1 Спектри рентгенівського випромінювання та його властивості.178

§10.2 Взаємодія рентгенівського випромінювання з речовиною…….181

§10.3 Методи рентгенівської діагностики в терапії…………………...182

Розділ 11. Радіоактивність. Дозиметрія іонізуючого випромінювання..184

§11.1 Закон радіоактивного розпаду……………………………………184

§11.2 Активність, одиниці активності………………………………….185

§11.3 Види радіоактивного розпаду……………………………………186

§11.4 Види і основні властивості іонізуючого випромінювання…….188

§11.5 Механізм взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною190

§11.6 Дозиметрія іонізуючого випромінювання………………………193

§11.7 Біологічна дія іонізуючого випромінювання. Еквівалентна доза…..195

§11.8 Методи дозиметричного радіаційного контролю………………205

§11.9 Використання радіоактивного випромінювання в медицині…208

Частина 4. Медична апаратура…………………………………………..225

Розділ 12. Медичні діагностична апаратура……………………………225

§12.1 Загальна класифікація медичної техніки………………………225

§12.2 Променева діагностика………………………………………….237

§12.3 Методи ультразвукового дослідження…………………………243

§12.4 Термографія……………………………………………………..246

§12.5 Ендоскопія………………………………………………………251

§12.6 Електрокардіографія……………………………………………254

§12.7 Електроенцефалографія…………………………………………254

§12.8 Електроміографія………………………………………………..257

§12.9 Основні прилади і апарати для клініко-діагностичних і біохімічних досліджень………………………………………………………………..259

§12.10 Апаратура для електропунктурної діагностики……………..266

§12.11 Діагностична апаратура в офтальмології…………………….267

Розділ 13. Медична лікувальна апаратура……………………………..269

§13.1 Фізіотерапевтична апаратура………………………………….269

§13.2 Гальванізація та лікувальний електрофорез………………….269

§13.3 Дарсонвалізація…………………………………………………272

§13.4 Електросон………………………………………………………274

§13.5 Діадинамотерапія……………………………………………….275

§13.6 УВЧ-терапія…………………………………………………….278

§13.7 Індуктотермія…………………………………………………..280

§13.8 Франклінізація…………………………………………………281

§13.9 Мікрохвильова терапія………………………………………..282

§13.10 Хвильова енергостабілізуюча терапія………………………283

§13.11 Ультразвукова терапія……………………………………….284

§13.12 Світлолікування……………………………………………..284

Розділ 14. Лабораторна медична апаратура…………………………288

§14.1 Спектрофотометри…………………………………………..288

§14.2 Фотоколориметрія…………………………………………...292

§14.3 Рефрактометри………………………………………………..292

§14.4 Мікроскопія: методи, апаратура…………………………….293

§14.5 Основні правила безпеки при роботі з електронною медичною апаратурою…………………………………………………………….299

 

Вступ

Фізика та медицина

Зв'язок фізики із сучасною медициною багатоплановий і багатогран­ний. Прагнення фізики допомогти медицині в її невтомних намаганнях подолати людські недуги було завжди благородним і безкорисливим. Відкриття, зроблені фізиками, завжди знаходили своє застосування в біології та медицині.

На рис. 1.1, а ви бачите простий за будовою, але добре інкрустований мікрос­коп відомого англійського фізика Роберта Гука (1635—1703). За допомогою цього приладу вчений з'ясував, що всі живі тканини складаються з окремих клітин, одна з яких зображена поряд із мікроскопом (рис. 1.1, б). Це видатне відкриття біологічної науки було зроблене... у фізиці. Згодом мікроскоп став настільним приладом біолога й лікаря. За його допомогою було доведено існування мікроор­ганізмів, виявлено збудників чуми, холери, тифу та інших інфекційних хвороб, що дало змогу розробити ефективні заходи щодо подолання епідемій.

У кінці XIX ст. було відкрито невидимі промені, які згодом отримали назву рентгенівських. Вони вільно проходили крізь скло, дерево й... кисть. На фото­графії, зробленій у рентгенівських променях, чітко видно будову кісток кисті, що вкриті шаром шкіри й м'якими тканинами (рис. 1.2). Лікарі отримали змогу візу­ально спостерігати кістки скелета й внутрішні органи людини в процесі лікуван­ня. Відкриття рентгенівських променів дало медицині принципово новий метод діагностики й лікування онкологічних хворих — рентгенівські промені руйнують злоякісні пухлини.

Серед різних методів лікування чільне місце посідають і такі, що ґрунтуються на застосуванні різних фізичних факторів. Для лікування хворих у сучасній меди­цині застосовують тепло й холод, постійний і змінний електричні струми, елект­ричне й магнітне поля, ультразвукові й електромагнітні коливання, електромагнітні хвилі тощо Переважна більшість сучасних медичних приладів та обладнання, що засто­совують для діагностики й лікування, конструктивно є фізичними приладами, принцип дії яких ґрунтується на законах фізики. Найпростіші з них — медичний термометр і манометри для вимірювання артеріального тиску.

Біологічний та електронний мікроскопи, спектрофотометри, електрофотоколориметри, рентгенівські апарати й томографи, лазерні й ультразвукові установ­ки, кобальтова гармата й прискорювачі електронів — ось неповний перелік того, що застосовує сучасна медицина з арсеналу фізичної науки для діагностики за­хворювань і лікування хворих. Різноманітна за своїм призначенням медична апа­ратура, принцип дії якої ґрунтується на застосуванні властивостей електронів. Різноманітність і специфічність таких електронних приладів і установок зумови­ли появу медичної електроніки, яка безпосередньо пов'язана з фізикою.

 

 

а б

Рисунок 1.1 Рисунок 1.2

Фізіологічні процеси, що відбуваються в організмі людини, — чи не найск­ладніші в природі. Деякі з них за своєю суттю є фізичними процесами і з достат­ньою точністю описуються законами фізики. Рух крові в судинах відбувається згідно із законами гідродинаміки. З'ясувати механізм легеневого дихання, тепло­обмін людського організму з навколишнім середовищем, виникнення слухових та зорових відчуттів, біоелектричних явищ в організмі людини просто неможли­во, не спираючись на закони фізики.

Поки біологи та фізіологи упродовж XIX ст. за допомогою мікроскопа вив­чали клітинну будову живих тканин, шляхи біології й фізики перетиналися до­сить рідко. Сучасна біологія досліджує молекулярні процеси, що відбуваються в клітинах. Взаємозв'язки фізики й біології стають настільки постійними й міцни­ми, що на їх основі сформувалася самостійна наука — біофізика. Вона вивчає фізико-хімічні процеси в живих організмах, а також їхню субклітинну (лат.sub) будову.

Отже, значення фізики для медицини зумовлюється трьома обставинами:

· фізика є теоретичною основою сучасної медичної техніки;

· фізика озброює медичних працівників знанням фізичних методів діагностики захворювань та лікування хворих;

· фізика створює потрібні передумови для правильного розуміння фізико-хімічних процесів, що відбуваються в біологічних системах.

Неможливо назвати таку галузь медицини, в якій не використовували б ті або інші закони фізики. Є багато медичних спеціальностей, які безпосередньо ґрун­туються на застосуванні фізичних явищ і закономірностей: радіологія, рентге­нологія, офтальмологія, фізіотерапія тощо.