Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Zakład Biofizyki CM UJ Pola i promieniowanie elektromagnetyczne Seminarium 3.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Zakład Biofizyki CM UJ Pola i promieniowanie elektromagnetyczne Seminarium 3."— Zapis prezentacji:

1 Zakład Biofizyki CM UJ Pola i promieniowanie elektromagnetyczne Seminarium 3

2 Zakład Biofizyki CM UJ U - napięcie [V] I - natężenie [A] R - opór [Ω]  - opór właściwy [  m] l - długość przewodnika [m] S - powierzchnia przekroju poprzecznego przewodnika [m 2 ] z prawa Ohma: Natężenie prądu elektrycznego I - miara ładunku przepływającego w jednostce czasu przez przekrój poprzeczny przewodnika. Problem 1 dla przewodników   SEM (bateria) Prąd stały (DC)

3 Zakład Biofizyki CM UJ Przewodniki (metale Cu, Al, Fe)  (  < [   m]) Półprzewodniki (Si, Ge)  (   [   m]) Izolatory (szkło, polistyren)  (  > 10 8 [   m]) Opór R wyrażamy w omach [1  =1V/1A], a opór właściwy ρ w [  m] (omometr) Opór właściwy zależy od temperatury przewodnika.

4 MateriałOpór właściwy  (przy 20 o C) [  m] Właściwości elektryczne srebro miedź aluminium żelazo węgiel stopiony chlorek sodu krew * tkanka tłuszczowa * mięśnie (wzdłuż włókna) * mięśnie (w poprzek włókna) * german szkło bursztyn 1,6 * ,7 * ,8 * * * ,7 * ~1,6 ~25 ~1,25 ~18 4,6 * ,0 * ,0 * Przewodnik I. rodzaju Przewodnik II. rodzaju Półprzewodnik Izolator * w temperaturze 37 o C Płyny ustrojowe są względnie dobrymi przewodnikami.

5 Dielektryk w polu elektrycznym atom cząsteczka niepolarna cząsteczka polarna jony

6 Zakład Biofizyki CM UJ6 Kondensator Pojemność elektryczna C kondensatora C = q/U [C] = 1F (farad) = 1C/1V Zależy od rozmiarów kondensatora i własności wypełniającego go dielektryka.

7 Zakład Biofizyki CM UJ7 Prąd zmienny (AC)

8 Zakład Biofizyki CM UJ Model elektryczny tkanki R - opory płynu pozakomórkowego S - opory cytoplazmy C - opór pojemnościowy błony komórkowej Wyliczenie zawady całkowitej Zawada gałęzi B Problem 2

9 Zakład Biofizyki CM UJ9 Tkanka równolegle wykazuje własności opornika omowego (przepływ prądu DC) i pojemnościowego (opór zależy od częstotliwości f prądu AC) * **

10 *Migotanie powodują wyłącznie prądy o częstotliwości od 40 Hz do 60 Hz.

11 Zakład Biofizyki CM UJ Następstwa porażenia prądem zależą od kilku czynników:  drogi przepływu prądu  czasu działania prądu  oporności - tzn. przez jaki materiał płynie prąd  czy jest to prąd stały czy zmienny  częstotliwości prądu  natężenia i napięcia prądu Porażenia prądem elektrycznym

12 Zakład Biofizyki CM UJ12 Prądy DC i AC w medycynie: -Elektroterapia -Elektrostymulacja -Elektrodiagnostyka

13 Zakład Biofizyki CM UJ Problem 3 Przykłady komórek pobudliwych: a) komórka nerwowa b) komórka mięśniowa.

14 Krzywa pobudliwości Czas użyteczny - najkrótszy czas potrzebny do pobudzenia włókna nerwowego za pomocą maksymalnego bodźca Reobaza (R) - najniższe natężenie prądu, wywołujące potencjał czynnościowy (t  ) Chronaksja - czas trwania bodźca o wartości 2R, potrzebny do wywołania pobudzenia - - stopień pobudliwości włókien nerwowych ( ) ms

15 Współczynnik akomodacji (A) - ocena pobudliwości układu nerwowo-mięśniowego, wykrywanie wczesnych stanów chorobowych neuronów ruchowych. A = PP mięśnia dla impulsu trójkątnego/ PP dla impulsu prostokątnego (czas trwania impulsów 1000 ms) gdzie: PP - próg pobudliwości (mA) - - mięsień zdrowy – A (2  4) - - zwyrodnienie mięśni – A < 2

16 Pacjent znajduje się w pobliżu kabla zasilającego. Pojemność elektryczna C w miejscu, w którym stoi pacjent wynosi około 3 pF a sam pacjent jest uziemiony poprzez podeszwę butów, wykonaną z odpowiedniego materiału (opór elektryczny 10 k  ). Oszacuj wartość potencjału elektrycznego na powierzchni ciała pacjenta. Zakład Biofizyki CM UJ16 Problem 4

17 Pomiędzy palce wskazujące dwóch rąk przyłożono napięcie stałe U = 50 V, wywołując przepływ prądu o natężeniu I = 1 mA. Oblicz opór całkowity tkanek na drodze przepływu prądu. Po zmniejszeniu napięcia do wartości U = 30 V natężenie prądu zmalało 2-krotnie. Oblicz wartość oporu i wyjaśnij przyczyny różnicy wyliczonych oporów.

18 Zakład Biofizyki CM UJ18 Problem 5 Po jednej defibrylacji należy przeprowadzić natychmiastową resuscytację krążeniowo – oddechową (RKO).

19 Zakład Biofizyki CM UJ Oszacuj wartość napięcia elektrycznego, do którego należy naładować defibrylator o pojemności elektrycznej 30 µF, przy założeniu że energia wyładowania defibrylatora wynosi 300 J.

20 Zakład Biofizyki CM UJ20 Rola uziemienia Problem 6

21 Zakład Biofizyki CM UJ21 Prąd upływu (PU) BH Brown, et al. „Medical Physics and Biomedical Engineering”, IOP Publishing, źródło zasilania urządzenie masa (ziemia) faza przewód neutralny masa (ziemia) prąd upływu

22 Technika termoablacji - ogrzewanie tkanki przy pomocy prądów o częstotliwości radiowej (200  500) kHz. Problem 7 J (A/m 2 ) ~ 1/r 4 r

23 Zakład Biofizyki CM UJ23 Typy elektrod

24 Zakład Biofizyki CM UJ Problem 8 Wytwarzanie pól magnetycznych w technice [stałych lub zmiennych, w zależności od stosowanego prądu elektrycznego - nie dotyczy rysunku (a)] Quasi-stałe pole magnetyczne Ziemii

25 Zakład Biofizyki CM UJ25 Siła Lorentza dla sin  = 1: [B] = 1 T (tesla) 1 T = 10 4 Gs (gauss) Indukcja magnetyczna Natężenie pola magnetycznego H: H = B/(  0  r ) [H] = A/m

26 Zakład Biofizyki CM UJ26  0 - przenikalność magnetyczna próżni, 4  *10 -7 [V*s/(A*m) = T*m/A]  r - względna przenikalność magnetyczna Diamagnetyki:  r < 1 Paramagnetyki:  r > 1 Ferromagnetyki:  r >> 1 H 2 O   r = Powietrze   r = Hemoglobina krwi   r > 1 Fe   r = ~104

27 Zakład Biofizyki CM UJ Wartości indukcji przykładowych źródeł

28 Zakład Biofizyki CM UJ Wybrane zastosowania PM w medycynie: - magnetoterapia (0.1 do 10 mT) - magnetostymulacja (poniżej 0.1 mT) - diatermia - wysokie częstotliwości: ~ MHz - diatermia krótkofalowa  objętościowa; ~ GHz - diatermia mikrofalowa  powierzchniowa - magnesy nadprzewodzące - MRI niskie częstotliwości (~ Hz) Poprawa obrazu krwi (a) oraz ukrwienia ciała pacjenta (b). a) b)

29 Zakład Biofizyki CM UJ29 Problem 9 q+ q- v = 0 v  0;  = 0 v  0;  = 90 0

30 Zakład Biofizyki CM UJ30 v  0; 0 <  < 90 0 Zastosowanie np. w cyklotronie

31 Zakład Biofizyki CM UJ31Zakład Biofizyki CM UJ Ciało doskonale czarne - idealizacja obiektów rzeczywistych (ciało człowieka, płomień świecy, żarówka, Słońce…). Wszystkie ciała ogrzane do temperatury T>0 emitują promieniowanie EM - promieniowanie cieplne (termiczne). Problem 10

32 Zakład Biofizyki CM UJ32Zakład Biofizyki CM UJ Prawo Stefana-Boltzmanna Całkowita energia emitowana w jednostce czasu w postaci promieniowania cieplnego przez jednostkę powierzchni ciała doskonale czarnego jest proporcjonalna do T 4.

33 Zakład Biofizyki CM UJ33Zakład Biofizyki CM UJ Prawo Wiena const = 2.898·10 6 nm·K 1) T rośnie → max maleje 2) Słońce: T = 5000 K, max = 600 nm 3) Żarówka: T = 3000 K, max = 1000 nm 4) Człowiek: T = 310 K, max  9000 nm max T = const

34 Zakład Biofizyki CM UJ34Zakład Biofizyki CM UJ 310 K średnia IR

35 Zakład Biofizyki CM UJ35Zakład Biofizyki CM UJ Straty ciepła przez promieniowanie ΔE – strata energii na jednostkę czasu (moc) [J/s]=[W] A – powierzchnia ciała  – emisyjność (0 ≤  ≤ 1)  – stała Stefana-Boltzmanna T C – temperatura ciała T O – temperatura otoczenia

36 Zakład Biofizyki CM UJ36Zakład Biofizyki CM UJ A – powierzchnia ciała [m 2 ]  – masa ciała [kg] H – wzrost [m] straty ciepła w wyniku promieniowania stanowią ok. 50% wszystkich strat. Inne drogi strat ciepła to: –przewodnictwo cieplne –oddychanie –pocenie

37 Zakład Biofizyki CM UJ37 Termografia alternatywa-dla-badan-rtg, ,1.html Stan zapalny prawego kolana

38 Problem 11 Zakład Biofizyki CM UJ38

39 Zakład Biofizyki CM UJ39Zakład Biofizyki CM UJ Typy laserów He-Ne (wzbudzanie atomów He, które oddziałując następnie z Ne wzbudzają stan metastabilny Ne). C0 2 -N 2 -He (N 2 pompowany dzięki wyładowaniu elektrycznemu, akcja laserowa pomiędzy stanami cząsteczkowymi CO 2, He przeprowadza cząsteczki CO 2 do stanu podstawowego). Jonowe (akcja laserowa dla jonów gazów szlachetnych Ar + lub Kr + ). Nd:YAG (kryształ granatu itrowo-glinowego (Ytrium-Aluminium-Garnet – YAG) domieszkowany neodymem, istnieją też lasery YAGowe domieszkowane erbem lub holmem: Er:YAG, Ho:YAG). Półprzewodnikowe (dioda półprzewodnikowa (złącze p-n) wykonana z arsenku galu (GaAs) domieszkowana tellurem (Te) lub cynkiem (Zn)). Ekscymerowe (akcja laserowa w dimerach gazów szlachetnych i chlorowców, cząsteczki (ArF, KrF, XeCl, XeF) istnieją tylko w stanie wzbudzonym). Barwnikowe (akcja laserowa w cząsteczkach barwników organicznych).

40 Zakład Biofizyki CM UJ40Zakład Biofizyki CM UJ Monoenergetyczność

41 Zakład Biofizyki CM UJ41Zakład Biofizyki CM UJ Monoenergetyczność Substancja aktywna λ [nm] Zakres Rubinowy694VIS CO IR Nd:YAG1060IR He-Ne633VIS Jonowy (Ar +, Kr + )458 ÷ 515VIS Półprzewodnikowy630 ÷ 904VIS, IR Ekscymerowy (XeF, XeCl, KrF)193 ÷ 351UV Barwnikowy400 ÷ 700VIS

42 Zakład Biofizyki CM UJ Typ lasera λ [nm] GP [mm] CO ~ 0.2 Nd:YAG1060~ 6 Ar ÷ 514~ 2 Ekscymerowy193 ÷ 351~ 0.01 IR nm – wzbudzenie drgań cząsteczek H2O, wzrost kT – oddziaływanie termiczne. IR 1060 nm – nie wzbudza H2O, słabo pochłaniane przez inne składniki. VIS ~500 nm – silne pochłanianie przez hemoglobinę. UV ~250 nm – brak efektów termicznych, fotoablacja (wyrzucanie fragmentów tkanki). Głębokość penetracji

43 Zakład Biofizyki CM UJ43 Metody fluorescencyjne w onkologii - detekcja nowotworów układu oddechowego Problem 11 A. Hrynkiewicz, E. Rokita (red.) „Fizyczne metody diagnostyki medycznej i terapii”, PWN, Warszawa 2000.

44 Zakład Biofizyki CM UJ44 Pomiar perfuzji w skórze – metoda LDPI prawidłowa perfuzja w skórze dłoni podrażnienie skóry Medical Laser Application 22, (2007), otonics%20&%20Tissue%20Optics%20Metho ds.pdf

45 Zakład Biofizyki CM UJ45 Światło Substancja fotouczulająca Selektywna absorpcja energii ŚMIERĆ KOMÓRKI Przykłady zastosowań terapii fotodynamicznej: -nowotwory układu oddechowego -nowotwory trzustki -nowotwory głowy i szyi -nowotwory pęcherza moczowego -nowotwory skóry Problem 12

46 Zakład Biofizyki CM UJ46 Terapia fotodynamiczna – nowotwór układu oddechowego A. Hrynkiewicz, E. Rokita (red.) „Fizyczne metody diagnostyki medycznej i terapii”, PWN, Warszawa 2000.

47 Zakład Biofizyki CM UJ47 LASIK

48 Zakład Biofizyki CM UJ48 Laser zielony w urologii


Pobierz ppt "Zakład Biofizyki CM UJ Pola i promieniowanie elektromagnetyczne Seminarium 3."

Podobne prezentacje


Reklamy Google