- •С.П. Серегин,
- •«Биофизика и основы взаимодействия физических полей с биообъектами»
- •Раздел 2. Биофизика сложных систем 238
- •Глава 12. Электрическая активность органов и тканей. Электрокардиография 276
- •Глава 13. Речеобразующая система человека 302
- •Глава 14. Моделирование биофизических процессов 326
- •Предисловие
- •Введение
- •Лекция 1. Общая биофизика. Биофизические процессы, протекающие в организме
- •Механические свойства биологических тканей
- •1.1. Молекулярная структура твердых тел, полимеров и жидких кристаллов
- •1.2. Механические свойства мышц и костного аппарата. Закон Фанга
- •1.3. Механические свойства сосудистой стенки
- •Вопросы для самопроверки
- •Типовые тесты текущего контроля
- •Задачи для закрепления изучаемого материала
- •Лекция 2. Термодинамика биологических сред
- •2.1. Основные термодинамические понятия и величины. Первое начало термодинамики
- •2.1.1. Понятия обратимых и необратимых процессов
- •2.1.2. Внутренняя энергия систем
- •2.2. Понятие теплоемкости. Применение первого начала термодинамики к газовым законам
- •2.2.1. Изохорический процесс
- •2.2.2. Изобарический процесс
- •2.2.3. Изотермический процесс
- •2.2.4. Адиабатический процесс
- •2.3. Применение первого начала термодинамики к биологическим процессам. Физические основы терморегуляции организма
- •2.3.1. Теплопродукция организма
- •2.4. Перенос теплоты в живых организмах. Термометрия
- •2.5. Понятие энтропии. Второе начало термодинамики
- •2.5.1. Круговые процессы
- •2.5.2. Цикл Карно
- •2.5.3. Энтропия
- •2.6. Статистическое содержание второго начала термодинамики
- •2.7. Термодинамические потенциалы
- •2.8. Открытые термодинамические системы. Уравнения Пригожина. Стационарные состояния открытой системы
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для закрепления изучаемого материала
- •Типовые тесты текущего контроля.
- •Лекция 3. Молекулярная биофизика
- •3.1. Белковые молекулы. Структура белка
- •3.2. Нуклеиновые кислоты
- •3.3. Биосинтез белка
- •Вопросы для самопроверки
- •Тесты текущего контроля
- •Лекция 4. Физические свойства клеток
- •4.1. Строение и функции клеток и клеточных структур
- •4.2. Органеллы клеток
- •4.3. Строение ядра
- •4.4. Мембрана клетки как сферический конденсатор
- •4.5. Физико-химические методы исследования клеточных мембран
- •4.5.1. Электронная микроскопия
- •4.5.2. Рентгеноструктурный анализ
- •4.5.3. Поляриметрия
- •4.5.4. Электронный парамагнитный резонанс
- •4.5.5. Ядерный магнитный резонанс
- •4.5.6. Физическая характеристика клеточных мембран. Искусственные мембраны
- •4.6. Проницаемость клеточной мембраны
- •4.6.1. Пассивный транспорт веществ
- •4.6.2. Активный транспорт веществ в клетках
- •4.6.3. Опыт Уссинга. Ионные каналы
- •Вопросы для самопроверки
- •Тесты текущего контроля
- •Задачи для самопроверки
- •Лекция 5. Электрические явления в клетках и тканях
- •5.1. Виды биопотенциалов. Их природа. Понятие двойного электрического слоя. Дзета-потенциал
- •5.2. Определение поверхности электрического заряда эритроцитов
- •5.3. Мембранные потенциалы. Потенциал покоя и действия. Их регистрация
- •5.4. Регистрация биопотенциалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тесты текущего контроля
- •Лекция 6. Специальные методы, используемые для диагностики
- •6.1 Рентгеновские лучи
- •6.2. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществами
- •6.3. Рентгеновская компьютерная томография (ркт)
- •6.4. Ангиография
- •6.5. Магнитно-резонансная томография (мрт)
- •6.6. Магнитокардиография
- •6.7. Радионуклидная диагностика
- •6.8. Действие радиации на человека
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция7. Биоакустические процессы
- •7.1. Характеристика звука. Его восприятие. Строение слухового анализатора
- •7.2. Биофизика инфразвука
- •7.3. Получение, распространение и регистрация ультразвука
- •7.4. Звуковое давление и акустическая энергия
- •7.5. Взаимодействие ультразвука с веществом
- •Рассмотрим поглощение ультразвуковых волн.
- •7.6. Ультразвуковые исследования (узи)
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 8. Фотобиологические процессы. Биофизика зрительного восприятия
- •8.1. Процесс поглощения света
- •8.2. Зрительный аппарат человека
- •8.3. Спектроскопия
- •8.4. Термография
- •8.5. Люминисценция. Миграция энергии
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 9. Индуцированное излучение. Его взаимодействие с биообъектами
- •9.1. Квантовые генераторы
- •9.2. Влияние лазерного излучения на биообъекты
- •9.3. Терапевтические лазерные приборы
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 2. Биофизика сложных систем лекция10. Основы гемодинамики и биореологии
- •10.1. Вопросы биореологии
- •10.2. Гемодинамика крови. Уравнение Пуазейля и Бернулли
- •10.2.1. Уравнение Пуазейля
- •10.2.2. Уравнение Бернулли
- •10.3. Физические закономерности движения крови в сосудистой системе. Пульсовая волна
- •10.4. Клинические методы определения вязкости крови
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для закрепления изучаемого материала
- •Лекция 11. Электропроводность биологических тканей. Импеданс
- •11.1. Электропроводность клеток и тканей для постоянного электрического тока. Лекарственный электрофорез
- •11.2. Электропроводность клеток и тканей для переменного электрического тока
- •11.3. Реография
- •11.4. Измерение электропроводности в медицинских и биологических исследованиях
- •Вопросы для самопроверки
- •Тесты текущего контроля
- •Глава 12. Электрическая активность органов и тканей. Электрокардиография
- •12.1. Теория Эйнтховена
- •12.2. Понятие токового диполя. Кардиография
- •12.3. Аппараты для электрографии
- •12.4. Биопотенциалы головного мозга. Электроэнцефалография
- •12.5. Миография и кожно–гальванический потенциал
- •12.6. Электростимуляция. Закон Лапика и Дюбуа-Реймона
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Глава 13. Речеобразующая система человека
- •13.1. Механизм речеобразования
- •13.2. Акустическая фонетика
- •13.3. Акустическая теория речеобразования
- •13.3.1. Распространение звуков
- •13.3.2. Возбуждение звуков в голосовом тракте
- •13.3.3. Модели сигнала, основанные на акустической теории
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 14. Моделирование биофизических процессов
- •14.1. Виды моделей. Фармакокинетическая модель
- •14.2. Модель кровотока при локальном сужении сосудов
- •14.3 Движение крови по эластичным сосудам. Модель Франко
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тесты текущего контроля
- •Заключение
- •Библиографический список
6.3. Рентгеновская компьютерная томография (ркт)
Это принципиально новый и универсальный метод рентгенологического исследования. С помощью данного метода можно изучать все органы тела, судить об их положении, форме, величине, состоянии поверхности, структуре и функции.
РКТ дает поперечное изображение органа, что позволяет определить толщину стенок органа, и распространение процесса за границы органа.
РКТ, дополненная пункцией органа, то есть введением длинной иглы в него и взятием через иглу тканевого субстрата, относится к интервенционным методам, которые обеспечивают почти стопроцентную диагностику.
При РКТ видны все прилегающие к органу отдаленные структуры, что дает информацию о распространенности процесса.
В крупных многопрофильных клиниках в последнее время получил распространение компьютерный рентгеновский томограф СРТ-5000, который позволяет:
проводить раннюю диагностику злокачественных новообразований, а также планировать хирургию и лучевую терапию;
исследовать паренхиматозные органы – печень, почки, поджелудочную железу, а также получать изображение забрюшинного пространства;
аппарат позволяет исследовать орган на глубину от 5 до 10 мм и диаметр до 400 мм. Время сканирования – 5 секунд.
6.4. Ангиография
Это распространенное в клиниках современное рентгеновское исследование, которое также относится к интервенционным методам, которые позволяют оценить состояние кровообращения органов мочевыделительной системы посредством введения в артерии водорастворимых веществ, содержащих молекулы атомов йода. Это делает сосуды непрозрачными для рентгеновских лучей и позволяет видеть их на экране и зафиксировать на пленке.
Ангиографию выполняют только после общеклинического исследования и в тех случаях, когда неинвазивные методы недостаточны для распознавания болезни и предполагается, что на основании картины сосудов или изучения кровотока можно выявить поражения собственно сосудов или их изменения при заболеваниях других органов. При этом надо помнить, что ангиография является инвазивным исследованием, которое связано с возможностью осложнений и с довольно значительной лучевой нагрузкой.
Ангиографию применяют для исследования гемодинамики и выявления собственно сосудистой патологии, для диагностики повреждений и пороков развития органов, для распознавания ряда воспалительных, дистрофических и опухолевых поражений, которые вызывают нарушение функций и морфологии сосудов.
Ангиография является необходимым этапом при проведении эндоваскулярных рентгенохирургических операций.
Новой методикой рентгенологического исследования сосудов является дигитальная субтракционная ангиография. В ее основе лежит принцип компьютерного вычитания двух изображений, записанных в памяти компьютера, то есть снимков до и после введения в сосуд рентгеноконтрастного вещества.
Благодаря компьютерной обработке изображений, рентгенологическая картина отличается высоким качеством и возможностью выделить изображение сосудов из общего изображения исследуемой части тела и количественно оценить гемодинамические параметры.
6.5. Магнитно-резонансная томография (мрт)
МРТ является новым совершенным техническим устройством, созданным для получения изображений различных частей тела в виде срезов в любой плоскости без применения какого-либо ионизирующего излучения. Эта особенность МРТ обусловила ее бурное и широкое внедрение в клиническую практику медицинских учреждений во всех странах мира.
Знание основных принципов магнитно-резонансной томографии и терминологии, используемой в этой области лучевой диагностики, является необходимым условием для понимания получаемых при данном методе результатов.
МРТ является самым совершенным из всех методов визуализации.
По своей диагностической значимости МРТ в ряде случаев намного превышает РКТ, в частности, при получении сагиттальных или корональных срезов при МРТ. В данном случае МРТ дает важную диагностическую информацию при обследовании онкологических больных, а применение магнитной резонансной ангиографии (МРА) позволяет оценить степень вовлечения сосудов.
Принцип метода состоит в следующем: создается магнитное поле с помощью специальных электромагнитных катушек (эндовагинальных или эндоректальных) с использованием парамагнитного контрастного вещества, содержащего гадолиний. Создается напряженность магнитного поля высокой (1,5 Т), средней (0,5 Т) и низкой (0,1 Т) степени.
Понимание механизма построения томографического изображения является важным условием, определяющим понимание действия всей МР-системы. В настоящее время известно и используется в практике довольно большое количество методов построения томографического изображения. Во всех этих вариантах применяются достаточно сложные способы воздействия на спины высокочастотными импульсами и изменяющимися во времени градиентами магнитного поля. Цель применения импульсных последовательностей - получение информации о свойствах исследуемого объекта. Изменяя градиенты магнитного поля, можно получать информацию о пространственном распределении этих свойств, то есть собственно томограммы. Большинство методов, разработанных для целей построения изображения, математически эквивалентны и отличаются лишь требованиями к характеристикам аппаратуры, вычислительной техники и программного обеспечения.
Обычно МРТ делают в тех случаях, когда диагноз не ясен после проведения УЗИ и КТ.
Томограф МРТ-1000 предназначен для использования в нейрохирургических, онкологических клиниках и научно-исследовательских учреждениях с целью топической и функциональной диагностики различных заболеваний, планирования хирургического вмешательства и лучевой терапии, а также контроля проводимого лечения и его эффективности.
Прибор позволяет:
- определять объекты с размерами 2 мм и более;
- диагностировать изменения в печени, почках, желчном пузыре, поджелудочной железе, тонкой и толстой кишке, женских половых органах;
- выявлять аневризмы аорты, забрюшинные лимфатические узлы и первичные опухоли.
