Билеты по биомедицинская физике с ответами. билеты физика. . Так как sqrt E то
 Скачать 0.9 Mb.
|
|
Билет 1 1. Коэфф отраж R определяется по формуле Iпад: R = Iотр/Iпад.. При норм падении коэфф отраж R=(Z2- Z1/Z2+Z1 ) коэфф прохожд D = 1 - R. При распростр-и акуст волн в среде происходит их поглощ, интенсивность пр волны с увелич проходимого в среде расстояниях уменьш по экспоненц закону:Iпр = Iвх e х ,) где k – показ поглощ, зависящий от св-в среды и частоты волны. Поглощ акустич волн в среде сильно зависит от частоты волны. С увелич частоты показ поглощ k увел-тся во всех средах и высокочаст акустич волны поглощаются существенно сильнее, чем низкочаст. Удельный акустический импеданс или волновым сопротивлением Z = υ . Так как υ =sqrt E/ то Z= sqrt E . Ультразвук, методы его получения Механ волны, частоты которых заключены в диапазоне от 20 кГц до 109 - 1010 Гц, называют ультразвуком Наиболее распространенным способом получения и регистрации ультразвука является использование обратного и прямого пьезоэффекта. прямой пьезоэффект состоит в возникновении электрич зарядов на поверхности некоторых кристаллич тел (напр. кварца) под действием механ сжатия или растяжения, что сопровожд возникновением электрич напряж между этими поверхн. Прямой пьезоэффект широко используется в технике, в том числе ив медицинской аппаратуре. На его основе создаются измерит приборы (датчики, преобразующие давл, вибр, звук колеб и др механ явл в электр сигн, удобные для дальнейшей регистр и для регистр УЗ. Пьезоэффект обратим. Если на кварц пластинку воздействов перемен электрич полем, возникают мех деформ пластинки – она сжим и растяг с частотой действующего электрич поля – возник обратный пьезоэффект. При изменении частоты электр колеб генератора соответственно измени частота УЗ колеб. Для получ УЗ используют также магнитострикцию – механич деформ тел под действием перемен магнитн поля. Получение видимых изображ. Наиболее прост явл эхолокация или А-метод. Это одномерный метод исследования, т.к. он позвол определ расст-е до отраж УЗ объектов лишь в 1 задан направл. Зн глуб располож этой границы d1 определ по формуле d1 = vt1/2. Эхолокацией определ продольн размеры глазн ябл и стр-р глаза (эхоокулометрия), измер разница расст- й от поверхн головы до ее внутричерепн стр-р и выявл объемн пораж мозга. УЗ томография (В-метод) позвол получ изображ различн сеч-й исслед органа. М-метод является, в сущности, разновидностью уже рассмотренного А-метода, нос разверкой повремени. Он используется для оценки характеристик движения некоторых объектов (например, клапанов сердца) Методы УЗ диагност имеют и свои огранич в примен. На границе раздела мягкие тк – газ или газ – жидк происх практически полное отраж УЗ. Терапевтическое и хирургическое применение ультразвука При небольш интенсивн УЗ эти механ эффекты проявл в виде своеобразн микромассажа тк и микровибр на клеточн ур. Происход под действ УЗ “микромассаж”, локальн нагрев тк на доли и единицы градуса и другие первичн эф повыш интенсивн обм в-в, стимулируют процессы тканев дых, способств улучш снабж тк крови лимф. В физиотерапии широко применя метод фонофореза лек в-в, где использ сочет возд-е нажив биол 127 тк 2 факторов физич (УЗ) и хим (лек преп. Лек в-во вносится м/ду поверхн тела и головкой излучателя. Под действием УЗ оно проникает в эпидермис, откуда диффунд в кр и лимфу и разнос по всему орг-зму. В этом леч методе УЗ выполн не только трансп функцию (введение лекарства через кожу, но может изменять и фармакокинет. Возможн фокусировки УЗ волн на весьма малую поверхн (из-за малой длины волны) и получ выс плотн энергии (энергия пропорц квадрату частоты) позв использов УЗ в хирургии для рассеч и соед биолог тк. При УЗ хирургии уменьш кровопотери и болев ощущ, уменьш усилие резания. Возможно применение УЗ для разруш тромбов в кровеносн сосудов и очищ сосудист стенок от атероматозных масс. УЗ методы применяются для сварки костей (УЗ остеосинтез Проблемы УЗ- диагностики микромассажа тк и микровибр на клет ур. При этом возник и нагрев тк за счет превращ погл-ой УЗ энергии в тепловую – проявл тепл эф. При выс интенсивн УЗ волн может происходить разруш биомакромол и поврежд клет мембр. Резкие перепады давл могут приводить к возникнов в среде кратковременно существ разрывов (кавитаций). Возможна также ионизация и диссоциация молекул и целый ряд других первичных физикохимических эффектов Эф Доплера состоит в изменении частоты волн, воспринимаемых некоторым приемником наблюдателем) в зависимости от относительной скорости движения источника и наблюдателя. Когда источники приемник неподвижны то, естественно, частота волн, регистрируемых приемником, совпадает с частотой волн, испускаемых источником ист=пр. Если источник приближ к неподвижн приемнику с некот скор ист , то его движение вызыв сжатие волны – расст-я между максим гребнями) волн уменьш – длина волны при уменьш ее период, регистрир приемником, а частота восприним волнов. Иллюстр сущности эф Доплера. увелич: пр > ист (В общем случае, когда источники приемник движутся вдоль одной прямой со скоростями ист и пр , частота, воспринимаемая приемником, равна пр = вист в пр v v v v ист (6.35) где в – скорость волны в среде. Разность Δ = пр–ист называется доплеровским сдвигом, он полож при сближ источника и приемника и отриц при их удала по вел-е сдвига можно определ скор их относит движ. Это зн, что в соответств с эф Доплера, частота волн, регистр приемником пр , будет отл от частоты исходного ультразвука. Разница частот доплеровский сдвиг) будет зависеть от скорости крови пр – ист = = f (кр ). и по величине этого частотного сдвига можно определить линейную скорость крови, а по знаку- направление ее движения относительно приемника. Отметим достоинства этого метода. Прежде всего, он является неинвазивным – измерения проводятся без нарушения целостности сосуда. 2. Электрохим потенц μ – это термодинам потенц, представл собой свободн энергию 1 моля в-ва. Свободн энергия – тот термодинам потенц, кот определ способн какой-либо физ-хим с-мы соверш полезн раб. Вся полезн раб А, соверш-ся в 1 моле в-ва, осуществл за счет уменьш ее электрохим потенц если нет постор источника энергии А. Для р-ров в-в значение электрохим потенц описыв выраж: Т где 0 - часть электрохим потенц 1 моля р-ра, определяемая энергией хим связи растворен в-ва с раст-лем; С–молярная концентрация растворенного в-ва; φ–электр потенц р-ра; Z– электр заряд растворенный ионов, кот выражен в единиц заряда электрона число Фарадея R– универс газ пост T–абсол темпер р-ра. Если знач электрохим потенц по обе стороны мембр различны (e ≠ i), то система термодинамически неравновесна. При этом на мембране возникает градиент электрохимического потенциала 𝑑 𝑑𝑥 = | 𝑖 − 𝑒 | = ∆ 𝑑 , где толщина мембраны. Любая замкн с-ма всегда стремится к сост термодинам равновесия, кот хар-тся равенством всех термодинам, в том числе и электрохим потенц во всех обл с-мы, поэтому при равновесии должно быть e = i.Пр-сс перехода с-мы из неравнов состояния в равнов в рассматриваемом случае биол мембр всегда сопровожд пасс переносом в-ва (диффузией) из обл больш знач электрохим потенц вобл сего меньш знач, пока эти потенц не выравняются. 3. Естественным радиационным фоном называют излучение, создаваемое космическими лучами и естественными радиоактивными веществами, содержащимися в окружающей среде и теле человека. Важным источником внешнего облучения является попадающее в атмосферу Земли космическое излучение, которое подразделяется на первичное и вторичное. Первичные космические лучи состоят, в основном, из протонов и альфа-частиц высоких энергий (до 1014 МэВ, попадающих в земную атмосферу из космического пространства и проникающих до высоты около 20 км над уровнем моря. В результате их взаимодействия с ядрами атомов, входящих в состав земной атмосферы, образуется вторичное космическое излучение, достигающее поверхности Земли и содержащее практически все известные элементарные частицы. В земной коре содержится ряд долгоживущих радионуклидов, которые при своем распаде порождают ионизирующие излучения. Продукты их распада также радиоактивны, а их период полураспада меньше (активность больше) и вклад в естественный радиоактивный фон еще выше. Внутреннее облучение человека создается радионуклидами, поступающими в организм с воздухом, водой и пищей. Производственная деятельность человека. 4. закон Старлинга: сила, развиваемая при сокращении сердца, пропорциональна начальной длине волокон миокарда. Асердца=Ал +Апр; Апр=0,2Ал; А=1,2Ал. Алж при выбросе крови в аорту затрачивается на преодоление сил давления крови в сосудистой системе (статический компонент Аст) и на сообщение крови Екин. Стат.комп.:Аст=Pср*Vс=0,8Дж Рср (100мм.рт.ст. =13,3кПа) – средн давл крови в аорте. Vc (60мл=6*10-5м3)– сист объем крови в покое. Кинет.комп. Акин=mv2/2=( pVcv2)/2=0,008Дж,р – плотность крови (=1,05*10-3кг/м3); v – линейная скорость крови в аорте м Vc – сист.объём крови в покое. Асердца за 1 сокр А=1,2*(Pср*Vс+ ( pVcv2)/2))= Дж. Аза сутки Дж. Средн мощн сердца за время 1 сокр W=А/tсистолы=1/0,3Дж=3,3Вт. 5. Sinα=1/n2=1/c/v1=v1/c корень 2=2.13*10^8 6. нм Билет 2 Предмет АВ помещают вблизи переднего фокуса объектива (причем d1>F1), который создает его действительное увеличенное перевернутое изображение А1В1. Окуляр – это лупа, через которую рассматривают промежуточное изображение А1В1, наблюдая при этом его увеличенное мнимое изображение А2В2. Таким образом, оптический микроскоп дает мнимое увеличенное и перевернутое изображение объекта. Волновую теорию микроскопа, учитывающую дифракционные явления, создал немецкий физик Эрнст Аббе). Он показал, что предел разрешения Z наименьшее расстояние между двумя различимыми точками объекта) оптического микроскопа определяется как длиной волны λ излучения подсветки, таки свойствами микроскопа (его числовой апертурой Аи формой наблюдаемых объектов. Формула Аббе для предела разрешения микроскопа имеет вид Z=0 5 : n sin u– для объектов продолговатой (линейной) формы, Z = 0 61 : n sin u -для объектов округлой формы Здесь n – показатель преломления среды, заполняющей пространство между объектом и линзой объектива (для сухого объектива - это воздуха апертурный угол, образуемый главной оптической осью микроскопа и крайним лучом С, еще попадающим в объектив из его переднего фокуса F1 Физики выяснили, чо электрон обладает св-вами как волны, таки частицы. Это явление получило название корпускулярно-волнового дуализма. При скоростях, близких к скорости света, электрон перестает проявлять волновые свойства, и его можно рассматривать как частицу. Таким образом была доказана двойственная природа света с одной стороны свет - это электромагнитная волна с частотой v и длиной волны с, ас другой - поток частиц с энергией ε и импульсом. Бройль предположил, что возможно и обратное микрочастице с импульсом рте. имеющей массу m и скорость υ) соответствует некий волновой процесс с длиной волны которая затем была названа длиной волны де Бройля. Удобными частицами для проверки этой гипотезы оказались электроны, т.к. их масса хорошо известна, а кинетическая энергия зависит от ускоряющего напряжения U, приложенного между анодом и катодом электронной пушки 1 2 𝑚𝑣 2 𝑒𝑈. Так было установлено, что малые движущиеся частицы обладают волновыми свойствами и начала развиваться волновая (квантовая) механика микрочастиц. Поскольку электроны – заряженные частицы, на них можно воздействовать электрическими и магнитными полями, изменяя их траекторию. Это позволило создать электронные линзы, способные фокусировать электронные пучки и создавать увеличенные электронные изображения. Таким образом, наличие у электронов заряда и волновых свойств с малой длиной волны λБр позволило создать электронный микроскоп, предел разрешения которого в тысячи раз меньше, чему оптического микроскопа. 2. При углах падения α ≥90пр(преломл), падающий луч полностью отражается назад в первую среду, подчиняясь законам отражения. То, явление полного внутреннего отражения наблюдается только при выполнении двух условий 1) n1 > n2 – свет должен падать из более оптически плотной среды на менее плотную 2) α ≥ пр, угол падения луча должен быть больше или равен предельному. Зная показатель преломления одной из среди, определив на опыте предельный угол преломления или предельный угол полного внутреннего отражения, можно из формул (3) и (4) вычислить показатель преломления другой среды. На этом принципе основана работа рефрактометра – прибора, предназначенного для измер показателей преломления жидких и твердых сред ЭНДОСКОПИЯ - метод исследования внутренних органов с помощью специальных приборов - эндоскопов. Эндоскопы предназначены для передачи изображ участков внутр органов на дистальный конец эндоскопа, где это изображение может наблюдаться непосредственно врачом или передаваться видеокамерой на экран телевизора.По конструкции и принципу передачи изображения эндоскопы бывают жесткие и гибкие (фиброскопы). 3. Зависимость импеданса ткани от частоты переменного тока определяется физиологическим состоянием и морфологическими особенностями ткани. Методы измерения электропроводности тканей осуществляются при достаточно низких напряжениях (менее 50 мВ) и слабых токах, которые не вносят изменений в физико–химические процессы в тканях и не повреждают их. При действии повреждающих факторов (повышенная температура, мощный ультразвук, ионизирующие излучения и др, а также при отмирании ткани происходит увеличение проницаемости мембран, их частичное или полное разрушение, что приводит к уменьшению роли емкостного сопротивления ткани и зависимость ее импеданса от частоты становится слабой. Для "мертвой ткани" она, практически, исчезает вообще. 4. Процесс переноса вещества описывается уравнением Теорелла:Ф = −𝐶𝑈 ∙ 𝑑/𝑑𝑥 (1) которое показывает, что плотность потока диффузии Ф через поверхность мембраны прямо пропорциональна молярной концентрации этого вещества Сего подвижности U и градиенту электрохимического потенциала d/dx на мембране. Перенос вещества возможен только в термодинамически неравновесной системе и градиент электрохимического потенциала является той силой, которая выполняет работу по пассивному транспорту вещества. Знак "–" в формуле указывает, что транспорт вещества происходит всегда в противоположном градиенту электрохимического потенциала направлении, то есть в направлении меньших значений , а значит и меньших значений С. По мере выравнивания электрохимических потенциалов по обе стороны мембраны (по мере уменьшения градиента d/dx) уменьшается и поток вещества через мембрану, а при достижении состояния равновесия (e = i и следовательно d/dx = 0) преимущественный поток вещества полностью прекращается (Ф = 0). Дифференцируя выражение формулу Теорелла по координате Хи учитывая, что 0e=0i (по обе стороны мембран растворитель всегда один и тот же–вода), найдем градиент электрохимического потенциала 𝑑 𝑑𝑥 = 𝑅𝑇 1 𝐶 𝑑𝐶 𝑑𝑥 + 𝑍𝐹 𝑑ф 𝑑𝑥 Подставляя (2) в (1) получим уравнение Нернста-Планка: Ф = −𝑈𝑅𝑇 𝑑𝐶 𝑑𝑥 − 𝐶𝑈𝑍𝐹 𝑑𝜑 𝑑𝑥 . Первое слагаемое в этом уравнении описывает обычную диффузию, идущую за счет градиента концентрации сна мембране, а второе слагаемое - электродиффузию, которая обусловлена действием на ионы электрического поля Е, создаваемого на мембране градиентом электрического потенциала. При диффузии незаряженных частиц (Z=0), второе слагаемое обращается в нуль, и пассивный транспорт таких веществ описывается обычным законом диффузии―законом Фика: Ф = Введем коэффициент диффузии D: D=URT. Уравнение Фика можно упростить, если приближенно выразить градиент концентрации через толщину h мембраны и абсолютные значения концентрации Си вещества по обе ее стороны. Тогда 𝑑𝐶 𝑑𝑥 = ∆𝐶 ∆𝑥 = |𝐶 𝑖 − 𝐶 𝑒 |/ℎ и для величины плотности потока диффузии получаем Ф ·|Ci – Ce|= p·ΔC, (3), где коэффициент p=D/h называют проницаемостью мембраны. Проницаемость мембраны различна для различных веществ и является одним из важнейших параметров, определяющих диффузию молекул и ионов через мембрану, и зависит от t среды и от толщины самой мембраны. Для транспорта незаряженных частиц используется уравнение Фика, либо (3). 5. Формула Герхарда Молля: L=Li+10lg n; L= 40+10lg10=50 или L= 60+10lg10=70дб 6. Нэф = Н · ᴡ = 0,03 · 8 = 0,24мЗв Билет 3 1. Если атом или молекулу перевести в возбужд эл состояние, то они затем самопроизвольно возвращаются в основное электронное состояние. Электромагнитное излучение, сопровождающее такие переходы- люминесценция. Виды люминесценции по способу ее возбуждения и длительности послесвечения. По способу возбуждения атомов или молекул 1. Фотолюминесценция – возбуждение происходит в результате поглощения молекулами или атомами вещества электромагнитной энергии (обычно ультрафиолетового или видимого диапазонов. 2. Катодолюминесценция – возбуждение производится электронным ударом по атомам или молекулам вещества. Электролюминесценция – возбуждение атомов и молекул производится электрическим полем. 4. Рентгенолюминесценция – возбуждение производится рентгеновскими лучами. 5. Хемилюминесценция – в результате химической реакции между молекулами Аи В образуется их соединение АВ* в возбужденном состоянии, при переходе из которого в основное состояние испускается квант люминесценции hν: А + В АВ* АВ + hν . 6. Биолюминесценция - возбуждение молекул происходит в результате биохимических реакций, происходящих в живом организме. Основные характеристики и законы люминесценции. 1. Спектр люминесценции зависимость интенсивности люминесценции от длины волны или от частоты, представляет собой спектральные линии или полосы, которые характеризуют длиной волны max (или частотой vmax), соответствующей максимуму полосы люминесценции, а также формой и шириной этой полосы (или ∆v).2. Длительность люминесценции – это время, за которое интенсивность люминесценции уменьшается в е = 2,7 раз – это время жизни молекулы в возбужденном состоянии, при оптических переходах из которого в основное состояние и возникает люминесценция. |