Биофиз.РЕМИЗОВ. Механика. Акустика глава 4 Некоторые вопросы биомеханики
 Скачать 9.74 Mb.
|
|
Оглавление РАЗДЕЛ1Метрология. Теория вероятностей и математическая статистика глава 1Введение в метрологию § 1.1. Основные проблемы и понятия метрологии § 1.2. Метрологическое обеспечение § 1.3. Медицинская метрология. Специфика медико-биологических измерений § 1.4. Физические измерения в биологии и медицине глава2Теория вероятностей § 2.1. Случайное событие. Вероятность § 2.2. Случайная величина. Закон распределения. Числовые характеристики §2.3. Нормальный закон распределения § 2.4. Распределения Максвелла и Больцмана глава3 Математическая статистика § 3.1. Основные понятия математической статистики § 3.2. Оценка параметров генеральной совокупности по ее выборке § 3.3. Проверка гипотез § 3.4. Корреляционная зависимость. Уравнения регрессии РАЗДЕЛ2 Механика. Акустика глава 4 Некоторые вопросы биомеханики § 4.1. Механическая работа человека. Энтрометрия § 4.2. Некоторые особенности поведения человека при перегрузках и невесомости § 4.3. Вестибулярный аппарат как инерциальная система ориентации глава 5 Механические колебания и волны § 5.1. Свободные механические колебания (незатухающие и затухающие) § 5.2. Кинетическая и потенциальная энергии колебательного движения § 5.3. Сложение гармонических колебаний § 5.4. Сложное колебание и его гармонический спектр § 5.5. Вынужденные колебания. Резонанс § 5.6. Автоколебания § 5.7. Уравнение механической волны § 5.8. Поток энергии и интенсивность волны § 5.9. Ударные волны § 5.10. Эффект Доплера глава 6Акустика § 6.1. Природа звука и его физические характеристики § 6.2. Характеристики слухового ощущения. Понятие об аудиометрии § 6.3. Физические основы звуковых методов исследования в клинике § 6.4. Волновое сопротивление. Отражение звуковых волн. Реверберация § 6.5. Физика слуха § 6.6. Ультразвук и его применения в медицине § 6.7. Инфразвук § 6.8. Вибрации глава 7Течение и свойства жидкостей § 7.1. Вязкость жидкости. Уравнение Ньютона. Ньютоновские и неньютоновские жидкости § 7.2. Течение вязкой жидкости по трубам. Формула Пуазейля § 7.3. Движение тел в вязкой жидкости. Закон Стокса § 7.4. Методы определения вязкости жидкости. Клинический метод определения вязкости крови § 7.5. Турбулентное течение. Число Рейнольдса § 7.6. Особенности молекулярного строения жидкостей § 7.7. Поверхностное натяжение § 7.8. Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления глава 8Механические свойства твердых тел § 8.1. Кристаллические и аморфные тела. Полимеры и биополимеры § 8.2. Жидкие кристаллы § 8.3. Механические свойства твердых тел § 8.4. Механические свойства биологических тканей глава 9Физические вопросы гемодинамики § 9.1. Модели кровообращения § 9.2. Пульсовая волна § 9.3. Работа и мощность сердца.Аппарат искусственного кровообращения § 9.4. Физические основы клинического метода измерения давления крови § 9.5. Определение скорости кровотока РАЗДЕЛ3 Термодинамика. Физические процессы в биологических мембранах глава 10Термодинамика § 10.1. Основные понятия термодинамики. Первое начало термодинамики § 10.2. Второе начало термодинамики. Энтропия § 10.3. Стационарное состояние. Принцип минимума производства энтропии § 10.4. Организм как открытая система § 10.5. Термометрия и калориметрия § 10.6. Физические свойства нагретых и холодных сред, используемых для лечения. Применение низких температур в медицине глава 11Физические процессы в биологических мембранах § 11.1. Строение и модели мембран § 11.2. Некоторые физические свойства и параметры мембран § 11.3. Перенос молекул (атомов) через мембраны. Уравнение Фика § 11.4. Уравнение Нернста—Планка.Перенос ионов через мембраны § 11.5. Разновидности пассивного переноса молекул и ионов через мембраны § 11.6. Активный транспорт. Опыт Уссинга § 11.7. Равновесный и стационарный мембранные потенциалы. Потенциал покоя § 11.8. Потенциал действия и его распространение § 11.9. Активно-возбудимые среды. Автоволновые процессы в сердечной мышце РАЗДЕЛ4 Электродинамика глава 12Электрическое поле § 12.1. Напряженность и потенциал — характеристики электрического поля § 12.2. Электрический диполь § 12.3. Понятие о мультиполе § 12.4. Дипольный электрический генератор (токовый диполь) § 12.5. Физические основы электрокардиографии § 12.6. Диэлектрики в электрическом поле § 12.7. Пьезоэлектрический эффект § 12.8. Энергия электрического поля § 12.9. Электропроводимость электролитов § 12.10. Электропроводимость биологических тканей и жидкостей при постоянном токе § 12.11. Электрический разряд в газах. Аэроионы и их лечебно-профилактическое действие глава 13Магнитное поле § 13.1. Основные характеристики магнитного поля § 13.2. Закон Ампера § 13.3. Действие магнитного поля на движущийся электрический заряд. Сила Лоренца § 13.4. Магнитные свойства вещества § 13.5. Магнитные свойства тканей организма. Понятие о биомагнетизме и магнитобиологии глава 14Электромагнитные колебания и волны § 14.1. Свободные электромагнитные колебания § 14.2. Переменный ток § 14.3. Полное сопротивление в цепи переменного тока. Резонанс напряжений § 14.4. Импеданс тканей организма. Дисперсия импеданса. Физические основы реографии § 14.5. Электрический импульс и импульсный ток § 14.6. Электромагнитные волны § 14.7. Шкала электромагнитных волн. Классификация частотных интервалов, принятая в медицине глава 15Физические процессы в тканях § 15.1. Первичное действие постоянного тока на ткани организма. Гальванизация. Электрофорез лекарственных веществ § 15.2. Воздействие переменными (импульсными) токами § 15.3. Воздействие переменным магнитным полем § 15.4. Воздействие переменным электрическим полем § 15.5. Воздействие электромагнитными волнами РАЗДЕЛ5 Медицинская электроника глава 16Содержание электроники. Электробезопасность, Надежность медицинской электронной аппаратуры § 16.1. Общая и медицинская электроника. Основные группы медицинских электронных приборов и аппаратов § 16.2. Электробезопасность медицинской аппаратуры § 16.3. Надежность медицинской аппаратуры глава 17Система получения медико-биологической информации § 17.1. Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации §17.2. Электроды для съема биоэлектрического сигнала § 17.3. Датчики медико-биологической информации § 17.4. Передача сигнала. Радиотелеметрия § 17.5. Аналоговые регистрирующие устройства § 17.6. Принцип работы медицинских приборов регистрирующих биопотенциалы глава 18 Усилители и генераторы и их возможные использования в медицинской аппаратуре § 18.1. Коэффициент усиления усилителя §18.2.Амплитудная характеристика усилителя. Нелинейные искажения § 18.3. Частотная характеристика усилителя. Линейные искажения § 18.4. Усиление биоэлектрических сигналов § 18.5. Различные виды электронных генераторов. Генератор импульсных колебаний на неоновой лампе § 18.6. Электронные стимуляторы. Низкочастотная физиотерапевтическая электронная аппаратура § 18.7. Высокочастотная физиотерапевтическая электронная аппаратура. Аппараты электрохирургии § 18.8. Электронный осциллограф РАЗДЕЛ6 Оптика глава 19 Интерференция и дифракция света. Голография § 19.1. Когерентные источники света. Условия для наибольшего усиления и ослабления волн § 19.2. Интерференция света в тонких пластинках (пленках). Просветление оптики § 19.3. Интерферометры и их применение. Понятие об интерференционном микроскопе § 19.4. Принцип Гюйгенса—Френеля § 19.5. Дифракция на щели в параллельных лучах § 19.6. Дифракционная решетка. Дифракционный спектр § 19.7. Основы рентгеноструктурного анализа § 19.8. Понятие о голографии и ее возможном применении в медицине глава 20 Поляризация света § 20.1. Свет естественный и поляризованный. Закон Малюса § 20.2. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков § 20.3. Поляризация света при двойном лучепреломлении § 20.4. Вращение плоскости поляризации. Поляриметрия § 20.5. Исследование биологических тканей в поляризованном свете глава 21Геометрическая оптика §21.1. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики § 21.2. Аберрации линз § 21.3. Понятие об идеальной центрированной оптической системе § 21.4. Оптическая система глаза и некоторые ее особенности § 21.5. Недостатки оптической системы глаза и их компенсация § 21.6. Лупа § 21.7. Оптическая система и устройство микроскопа § 21.8. Разрешающая способность и полезное увеличение микроскопа. Понятие о теории § 21.9. Некоторые специальные приемы оптической микроскопии § 21.10. Волоконная оптика и ее использование в оптических устройствах глава 22Излучение § 22.1. Характеристики теплового излучения.Черное тело § 22.2. Закон Кирхгофа § 22.3. Законы излучения черного тела § 22.4. Излучение Солнца. Источники теплового излучения, применяемые для лечебных целей § 22.5. Теплоотдача организма. Понятие о термографии § 22.6. Инфракрасное излучение и его применение в медицине § 22.7. Ультрафиолетовое излучение и его применение в медицине § 22.8. Организм как источник физических полей РАЗДЕЛ7 Физика атомов и молекул. Элементы квантовой биофизики глава 23Волновые свойства частиц. Элементы квантовой механики § 23.1. Гипотеза де Бройля. Опыты по дифракции электронов и других частиц § 23.2. Электронный микроскоп. Понятие об электронной оптике § 23.3. Волновая функция и ее физический смысл § 23.4. Соотношения неопределенностей § 23.5. Уравнение Шредингера. Электрон в потенциальной яме. § 23.6. Применение уравнения Шредингера к атому водорода. Квантовые числа § 23.7. Понятие о теории Бора § 23.8. Электронные оболочки сложных атомов § 23.9. Энергетические уровни молекул глава 24Излучение и поглощение энергии атомами молекулами § 24.1. Поглощение света § 24.2. Рассеяние света § 24.3. Оптические атомные спектры § 24.4. Молекулярные спектры § 24.5. Различные виды люминесценции § 24.6. Фотолюминесценция § 24.7. Хемилюминесценция § 24.8. Лазеры и их применение в медицине § 24.9. Фотобиологические процессы. Понятия о фотобиологии и фотомедицине § 24.10. Биофизические основы зрительной рецепции глава 25Магнитный резонанс § 25.1. Расщепление энергетических уровней атомов в магнитном поле § 25.2. Электронный парамагнитный резонанс и его медико-биологические применения § 25.3. Ядерный магнитный резонанс. ЯМР-интроскопия (магнито-резонансная томография) РАЗДЕЛ8 Ионизирующие излучения. Основы дозиметрии глава26 Рентгеновское излучение § 26.1. Устройство рентгеновской трубки. Тормозное рентгеновское излучение § 26.2. Характеристическое рентгеновское излучение. Атомные рентгеновские спектры § 26.3. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. § 26.4. Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине глава 27 Радиоактивность, Взаимодействие . ионизирующего излучения с веществом § 27.1. Радиоактивность § 27.2. Основной закон радиоактивного распада. Активность § 27.3. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом § 27.4. Физические основы действия ионизирующих излучений на организм § 27.5. Детекторы ионизирующих излучений § 27.6. Использование радионуклидов и нейтронов в медицине§ 27.7. Ускорители заряженных частиц и их использование в медицине глава 28 Элементы дозиметрии ионизирующих излучений § 28.1. Доза излучения и экспозиционная доза. Мощность дозы § 28.2. Количественная оценка биологического действия ионизирующего излучения. Эквивалентная доза § 28.3. Дозиметрические приборы § 28.4. Защита от ионизирующего излучения Заключение Предметный указатель РАЗДЕЛ1 Метрология. Теория вероятностей и математическая статистика В практической деятельности врач постоянно имеет дело с количественными показателями (температура тела больного, артериальное давление крови, дозировка лекарства и т. п.). Поэтому надо знать, как получены эти величины, какова их точность, в каких единицах они представлены. С количественными показателями имеет дело любая наука, а физика — в особенности. Эти вопросы имеют отношение к метрологии, а их математической базой являются теория вероятностей и математическая статистика. Таким образом, раздел можно рассматривать как метрологическое и математическое введение в медицинскую и биологическую физику. глава 1 Введение в метрологию Метрологией называют науку об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. В главе наряду с общими вопросами метрологии рассматриваются особенности измерений в биологии и медицине. §1.1. Основные проблемы и понятия метрологии Измерением называют нахождение значения физической' величины опытным путем с помощью технических средств. Измерения позволяют установить закономерности природы и являются элементом познания окружающего нас мира. Различают измерения прямые, при которых результат получается непосредственно из измерения самой величины (например, измерение температуры тела медицинским термометром, измерение длины предмета линейкой), и косвенные, при которых искомое значение величины находят по известной зависимости между ней и непосредственно измеряемыми величинами (например, определение массы тела при взвешивании с учетом выталкивающей силы, определение вязкости жидкости по скорости падения в ней шарика). Технические средства для производства измерений (средства измерений) могут быть разных типов. Наиболее известным читателю средством измерений является измерительный прибор, в котором измерительная информация представляется в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (например, температура представлена в термометре длиной столбика ртути, сила тока — показанием стрелки амперметра или цифровым значением). К средствам измерений относят также и меру, которая предназначена для воспроизведения физической величины заданного размера (например, гиря определенной массы). Одно из распространенных средств измерений — измерительный преобразователь (датчик). Он предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения (например, температура может быть представлена электрическим сигналом). начение физической величины, полученное при измерении, отличается от истинного. Степень приближения результатов измерения к истинному значению измеряемой величины характеризуется точностью измерений. Точность измерений является качественным показателем измерений. Количественная оценка результата измерений дается абсолютной погрешностью — отклонением результатов измерений от истинного значения измеряемой величины. Чем меньше погрешность, тем выше точность измерений. Погрешности объясняются несовершенством средств измерений, неопытностью персонала, влиянием посторонних факторов и др. Из этих причин можно выделить те, которые проявляются нерегулярно и при повторных измерениях оказывают случайное количественное воздействие на результат. Такие факторы приводят к случайным погрешностям. Это случайные величины, поэтому их можно обработать, проанализировать и таким образом учесть, используя соответствующий математический аппарат: теорию вероятностей и математическую статистику (см. гл. 2 и 3). Сведения по теории погрешностей, необходимые студентам-медикам, приведены в [1]. Одним из основных метрологических понятий является единица измерения физической величины. Единицей измерения физической величины называют стандартное значение этой физической величины, принятое по соглашению в качестве основы для ее количественной оценки. Единицы физических величин в основном группируются в системы единиц. Основной является Международная система единиц (система интернациональная, СИ). Справочный материал по единицам физических величин приведен в [2]. Не останавливаясь на этих вопросах, рассмотрим лишь относительные и логарифмические величины. В физических измерениях достаточно широкое распространение получили относительные величины, которые являются отношением физической величины к одноименной физической величине, принимаемой за исходную. В качестве примера можно указать концентрацию раствора, диэлектрическую и магнитную проницаемости, коэффициент полезного действия, относительную деформацию, коэффициент трения, вязкость крови относительно вязкости воды и т. д. Единицы измерения относительных величин не имеют размерности и названия. Однако в ряде случаев относительную величину традиционно выражают со стократным или тысячекратным увеличением. При этом соответствующая единица измерения будет иметь название: процент (%) или промилле (%о). Для выражения уровня звукового давления, уровня интенсивности звука, уровня усиления электрического сигнала и т. п. удобнее использовать логарифм относительной величины (наиболее распространен десятичный логарифм): г де а1 и а2 — одноименные физические величины. Единицей логарифмической величины является бел (Б): е сли а — «энергетическая» величина (мощность, интенсивность, энергия и т. п.), или если а — «силовая» величина (сила, механическое напряжение, давление, напряженность электрического поля и т. п.). Достаточно распространена дольная единица — децибел (дБ): 1дБ = 0,1Б. Заметим, что 1 дБ соответствует соотношению «энергетических» величин а2 ≈ 1,26а1: а для «силовых» величин а2 ≈ 1,12а1: |