Medizinische Biophysik
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- Tomas Baumann
- vor 6 Jahren
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1 P H Y S I K Physik in der Medizin Medizinische Biophysik Dr. Ferenc Tölgyesi ferenc.tolgyesi@eok.sote.hu Institut für Biophysik und Strahlenbiologie 0 Diagnostik Röntgendiagnostik Sonographie Optische Tomographie MRI EKG Endosko Therapie Gamma-Messer Phototherapie Laserchirurgie Defibrillator Nierensteinzertrüm Medizinische Forschung Röntgendiffraktion Optische Spektroskopie Mikroskopie Massenspektrometrie Lebensprozesse Diffusion Strömungen Hebelfunktion Wärmestrahlung elektrische Ströme Physik in dem medizinischen Curriculum Thematik der Vorlesungen Grundlagen der medizinischen Physik Physiologie Biochemie Molekularbiologie Chemie Radiologie Biostatistik Chirurgie Orthopädie Kieferorthopädie usw
2 Thematik der Vorlesungen Praktika Protokolle! 5 6 Studienregel Demos 1. Demo im Praktikum der 6. Unterrichtswoche 1. Wiederholung in der 8. Woche 2. Wiederholung in der 14. Woche 2. Demo im Praktikum der 11. Unterrichtswoche 1. Wiederholung in der 13. Woche 2. Wiederholung in der 14. Woche Hilfsmittel: Skripte des Faches Grundlagen der medizinischen Physik (s. Webseite) Praktikum für Biophysik (Institut für Biophysik und Strahlenbiologie, Budapest) erhältlich im Institut beim ersten Unterricht Biophysik für Mediziner, Medicina Verlag, Budapest Studienwettbewerb: Anfang Mai (genauer Termin, Voraussetzungen, usw. werden zu einem späteren Zeitpunkt veröffentlicht) Einheitliche Struktur: 10 Single-Choice-Testfragen (jeweils für 4 Punkte) 2 Rechenaufgaben (jeweils für 20 Punkte) 1 Abbildung (für 20 Punkte) (bestanden: 50%) s. Probedemo später unter Dokumenten auf der Webseite Webseite:
3 1. Strahlungen in der medizinischen Praxis Andere Klassifizierungen: Medizinische Biophysik 1 Strahlungen - Überblick Radiowellen Mikrowellen IR- Elektromagnetische Strahlungen UV- Röntgen g-strahlung nach Wirkung nichtionisierend ionisierend nach Entstehungsort z.b. Kernstrahlung Mechanische Strahlungen Schall Ultraschall a-strahlung b-strahlung Protonenstrahlung Neutronenstrahlung Teilchenstrahlungen Elektronenstrahlung Gemeinsame Eigenschaften a) Strahlung = Energietransport! Teilnehmer der Strahlungsvorgänge Strahlenquelle Strahlung bestrahlter Wichtige Größen: Körper Spezifische Ausstrahlung (M): Strahlungsintensität (J): Bestrahlungsstärke (E):
4 Strahlenquellen von unterschiedlicher Geometrie: Emissionsspektrum Punktstrahler Linienstrahler Flächenstrahler Definition:??? J(r)? Typen: Messung: Strahlungsquelle Monochromator Detektor weitere Verarbeitung 13 elektrisches Signal 14 Beispiele für Emissionsspektren: Beispiele für Emissionsspektren: Siehe Biostatistik: DM Dl (a-strahlung) (g-strahlung) (Temperaturstrahlung) (Sonne) (Lumineszenzlampen) (b-strahlung) (Röntgenstrahlung) DE Dl
5 b) Doppelcharakter = Wellencharakter & Teilchencharakterc c) Wechselwirkungen mit der Materie = Reflexion, Brechung, Beugung, Streuung, Absorption, Strahlungsdetektoren Biologische Wirkungen Anwendungen in der Diagnostik und der Therapie 3. Elektromagnetische Strahlungen Elektromagnetische Wellen: c l f 8 m c 3 10 (im Vakuum) s Transversalwellen Teilchen - Photonen: h f Polarisation (Beugung/Diffraktion des es) elektrischer Effekt (Photoeffekt) Bereiche: g-strahlen Röntgenstrahlen Anwendungsbeispiele: Gamma-Messer Röntgendiagnostik UV- VIS- IR- UV-Phototherapie Mikroskopie/Sehen Infrarotdiagnostik Mikrowellen MRI Radiowellen Einige typische Größenordnungen!
6 Teilchen (a, b, e, p +, n 0,...) Materiewellen Anwendungsbeispiele: Elektronenmikroskop Neutronendiffraktion Strahlentherapie 4.Teilchenstrahlungen Elektronenstrahl de Broglie (1923): Materiewellen h l m v Davisson&Germer (1927): Elektronenbeugungsexperiment Schirm Diffraktionsbild Mechanische Wellen c l f m c 330 s m c 1500 s Anwendungsbeispiele: Sonographie Ultraschalltherapie Hören 5. Mechanische Strahlungen (in der Luft) (im Wasser und im Weichteilgewebe) transversale/longitudinale Wellen 3 Bereiche: Infraschall Hörschall Ultraschall < 20 Hz 20 Hz 20 khz 20 khz< Bedeutung des es Medizinische Biophysik 1 Schön erscheinst du im Horizonte des Himmels, du lebendige Sonne, die das Leben bestimmt! (Pharaoh Echnaton) Wichtigste notwendige Vorkenntnisse: Optik Geometrische Optik: Dispersion, Prisma, Monochromator Wellenoptik: Interferenz und Beugung von Struktur der Materie Atomphysik: lichtelektrischer Effekt Aggregatzustände: Boltzmann-Verteilung,Energiebandstruktur der Kristalle, Isolator, Leiter, Halbleiter
7 Transmissionskoeffizient I. bereiche Wellenlänge UV VIS IR Aufbau eines Emissionsspektrometers: II. Emissionsspektrometrie quelle Monochromator Detektor weitere Verarbeitung Verstärkung, Digitalisierung, Filterung, Photonenenergie UV-C UV-B UV-A nm nm nm Über die einzelnen Elemente Monochromator Monochromator Prisma Diffraktionsgitter Transmissionsgitter Prisma Technische Probleme: Wellenlängeskala Diffraktionsgitter Reflexionsgitter Transmissionskurve (Frequenzgang) ideale Transmissionskurve Lösung: Korrektion 27 Wellenlänge 28 7
8 detektor Photomultiplier (PM) (Sekundärelektronenvervielfacher SEV): detektor Photodiode: innerer lichtelektrischer Effekt äußerer lichtelektrischer Effekt entleerte Zone (Sperrschicht) p n Halbleiterkristall (z.b. Si) angeregtes negatives Elektron zurückgebliebenes positives Loch Photostrom/Photoleitung (I ~ stärke) U + Sperrichtung detektor Photomultiplier Photodiode Ähnliche technische Probleme im Auge: Dunkelstrom/Rauschen Technische Probleme: Dunkelstrom/Rauschen Lösung: Abkühlen Effizienzkurve (Empfindlichkeitskurve) Effizienzkurven von einigen Detektoren: ideale Effizienzkurve Effizienzkurve (Empfindlichkeitskurve) Mensch Lösung: Korrektion 31 Katze 32 8
9 III. Entstehung des es, quellen warmes kaltes kontinuierliches Spektrum Linien- oder Bandenspektrum Biophysik für Mediziner II/1.1.1 II/1.1.2 II/1.2 II/2.1.3 bis 8 Rechenaufgaben (Praktikumsbuch) Temperaturstrahler 2. Lumineszenzstrahler
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