Medizintechnik im Unterricht. Biologie & Physik

Transkript

1 WP 101 Medizintechnik im Unterricht Biologie & Physik Präsentation von 2001, Update 2006

2 Stand 2001: Heike Elvers (Beratungsfeld Biologie und Umwelterziehung) Detlef Kaack (Beratungsfeld Physik & GLOBE Germany-Programm) Anmerkung 2006: Heike Elvers (Referatsleitung Naturwissenschaften) Detlef Kaack (Koordination Fortbildung Physik)

3 Detlef Kaack (Fortbildung Physik) Medizintechnik Beispiele

4 Medizintechnik Diagnostik Blutdruckmessung Automatische Pulsmessung Sauerstoffgehalt des Blutes EKG EEG Röntgendiagnostik mit Film und Detektor Röntgendiagnostik: Computertomografie (CT) Röntgendiagnostik: Zweifarbentechnik mit Synchrotronstrahlung Kernresonanzspektroskopie (MRT / NMR) Die Röhre Protonenemissionstechnik Endoskope Ultraschalltechnik (Doppler-Ultraschall, Farbdarstellungen)

5 Medizintechnik Therapie Radiotherapie: 1. Röntgenbestrahlung 2. Gammatherapie 3. Protonentherapie 4. Neutronentherapie (siehe separate Folien) 5. Innere Bestrahlung durch Isotope LASER-Technik Microinvasive Eingriffe mit Endoskopen Elektroschock bei Herzstillstand

6 Neutronentherapie

7 Neutronentherapie

8 Neutronentherapie

9 Neutronentherapie

10 Neutronentherapie

11 Neutronentherapie

12 Neutronentherapie

13 Protonentherapie Bei der Protonentherapie entfällt das Problem der selektiven Anlagerung von Bor-Verbindungen. Die Protonen dringen in das Gewebe ein und reagieren erst nennenswert bei einer bestimmten Kollisionsenergie. Nur dort tritt die maximale Schädigung ein.

14 CERN, Genf, mit Beschleunigerring LHC in 100m Tiefe

15 Teilchenbeschleuniger mit Fokussiermagnet

16 Protonentherapie Vorteil: Selektive Schädigung, weniger Nebeneffekte Problem: Spezielle Kliniken mit Protonenbeschleuniger (wie bei DESY) nötig, Japan ist hier Vorreiter

17 Protonentherapie Vorteil: Selektive Schädigung, weniger Nebeneffekte Problem: Spezielle Kliniken mit Protonenbeschleuniger (wie bei DESY) nötig, Japan ist hier Vorreiter

18 Medizintechnik Hilfsgeräte Herzschrittmacher Defibrillator Störsender im Gehirn (Multiple Sklerose?) Aktive Prothesen Künstliches Herz Gelenk-Implantate Insulinspender

19 Detlef Kaack (Beratungsfeld Physik & GLOBE Germany-Programm) Bau eines elektrischen Pulsmessers Anzeige auf Oszilloskop, XY-Schreiber und Computer (CASSY-System) Invasive Blutdruckmessung im Modell

20 Heike Elvers (Beratungsfeld Biologie und Umwelterziehung) Radioaktivität im Biologie- und Physikunterricht Ein Unterrichtsversuch 10. Klasse (hier: Gymnasium)

21 UE Radioaktivität Verlauf Biologie Natürliche und künstliche Strahlung in der Umwelt und ihre Bedeutung für den Menschen (Mindmap) Diagnose von Erkrankungen: Röntgenuntersuchung: Nutzen und Risiko Strahlenrisiko im Alltag Von Mutagenen und Cancerogenen: Krebsentstehung und Krebsdiagnostik bei Hirntumoren (mit CT) Internet-Recherche zu Einsatz energiereicher Strahlung in der Medizintechnik Ø - u.a. Radiologie : Diagnose und Unterstützung bei mikroinvasiven Eingriffen - Leukämie - Diagnostik Einsatzmöglichkeiten Risiko der Strahlenbelastung - Computertomographie

22 UE Radioaktivität Verlauf Physik Ein klassischer Unterrichtsgang: Schwerpunkt Röntgenstrahlung Ionisierende Strahlung Grundlagen der Kernphysik Entdeckung der Radioaktivität Radioaktive Stahlen im Magnetfeld Praktikum : Radioaktivität im NW-Zentrum Das Zerfallsgesetz Folgen Reaktorunfall Tschernobyl

23 UE Radioaktivität Probleme Für Schülerinnen und Schüler gab es einen Scheinbaren Widerspruch in der Beurteilung der Schädlichkeit der unterschiedlichen Strahlenarten durch die beiden Lehrerinnen (Biologie und Physik). Hier ist eine differenziertere Diskussion der Wirkungen nötig: Reichweite, Art, Schutz, Wichtungsfaktoren, Ort der Einwirkung (Inkorporation oder nicht) etc..

24 Radiolyse durch Ionisierung

25 Zellschäden

26 Heike Elvers (Beratungsfeld Biologie und Umwelterziehung) Einbettung in die Rahmenpläne

27 Einbettung in die Rahmenpläne Physik H/R, GS, GY: Atom- und Kernphysik u.a. Radioaktivität, ionisierende Strahlung, Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz, Kernspaltung, Kernenergie H/R, GS: Wahlthema Medizintechnik: Röntgenstrahlung, Ultraschall, Endoskopie, EEG, Blutdruckbestimmung H/R, GS, Gy : Optik (1)- Ausbreitung des Lichts: Schatten und Finsternis (Röntgentechnik, CT, Zweifarbenröntgen) GY: Akustik: Ausbreitung des Schalls: Schallsender, Schallempfänger, Schallgeschwindigkeit (Ultraschall) H/R/Gy/GS: Elektronik (2): Spannung (Herzschrittmacher, EKG, EEG)

28 Einbettung in die Rahmenpläne Biologie GS, GY: Die Verantwortung des Menschen für eine gesunde Llebensführung: Richtiges Training für Atmung und Blutkreislauf (Herzschrittmacher) H/R: Der Mensch ein besonderes Lebewesen: Zivilisationskrankheiten- Risiken für Herz (Herzschrittmacher)und Kreislauf, Krebs (Radioaktivität, Röntgenuntersuchungen, Strahlentherapie) GS: Gesundheit des Menschen : Kreislauferkrankungen(Herzschrittmacher),Allergien, Krebs(Radioaktivität, Röntgenuntersuchungen, Strahlentherapie), AIDS H/R, GS, GY: Sinnesorgan und Gehirn: Auge(Lasertechnik), Lochkamera (Röntgenuntersuchung), Funktion des Nervensystems (Diagnostik/Therapiehilfe,CT) H/R, GS,Gy: Sexualität des Menschen: Empfängnis und Empfängnisverhütung (Ultraschall)

29 Literatur Medizin + Physik, Impulse 2, Klett Verlag # , ca. 14,- M. Volkmer: Basiswissen zum Thema Kernenergie, 1999 und neuer, Bezug über den Informationskreis Kernenergie M. Volkmer: Radioaktivität und Strahlenschutz, 1998, M. Volkmer: Die natürliche Strahlenbelastung, 1999,

30 Literatur Untersuchungen mit Ultraschall, in Unterricht Biologie, Heft 201, S.36, Seelze 1995 Röntgenuntersuchungen zwischen Nutzen und Risiko, in Unterricht Biologie, Heft 224: Medizin und Technik, S.34, Seelze 1997 Endoskopie, in Unterricht Biologie, Heft 224: Medizin und Technik, S.38, Seelze 1997 Laserstrahlen gegen Fehlsichtigkeit, in Unterricht Biologie, Heft 224: Medizin und Technik, S.31, Seelze 1997 Strahlenbelastung, in Spektrum der Wissenschaft, Heft 4, S. 28, Heidelberg 1982

31 Internet 2001 Quelle Radioaktivität und Krebs, Quelle 2001: Diagnostik, Quelle 2001: Computertomografie-Simulation und andere moderne Geräte, Quelle 2001: Informationen rund um das Thema Handy (Mobiltelefon) und elektromagnetische Strahlung: Physik, Technik, medizinische Wirkung, Daten und Gesetze, Quelle 2005:

32 CD-ROM Bestelladresse: Dr. Roland Berger, Physikdidaktik, Heinrich-Plett-Str. 40, Kassel, mit 2,- frankierten Briefumschlag beilegen (Bitte vorher aktuellen Preis anfragen!). Inhalt: Material über Röntgengeräte und Computertomografie incl. Experimenten und Hinweisen, Zielgruppe: Sekundarstufe II

33 Exkursionen Schülerpraktika Radioaktivität (Ganztagsveranstaltungen) NW-Zentrum, Mümmelmannsberg 75, Hamburg Tel DESY Notkestr.85, Hamburg Tel In Aussicht: DESY Schülerforum: Mehrfarben-Röntgen mit Synchrotronstrahlung Besichtigungen in Kliniken sind offensichtlich nicht möglich

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