V.А. Fedorov, А.V. Yakovlev, S.V. Vasilieva
МЕДИЦИНСКАЯ
ФИЗИКА
Курс лекций
 |
Тамбов 2012
министерство образования и науки российской федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени Г.Р. ДЕРЖАВИНА»
МЕДИЦИНСКАЯ
ФИЗИКА
Курс лекций
Допущено Редакционно-издательским советом
ТГУ им. Г.Р. Державина в качестве учебника
для студентов, обучающихся по специальностям
060101.65 – Лечебное дело, 010707.65 – Медицинская физика
и направлению подготовки 011200 – Физика
| УДК 53:61 (075.6) ББК 22.3 я73 М42 | Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом ТГУ имени Г.Р. Державина |
Авторы-составители:
В.А. Федоров, А.В. Яковлев, С.В. Васильева
Рецензенты:
доктор медицинских наук, профессор Э.А. Османов;
доктор физико-математических наук, профессор А.А. Шибков
| М42 | Медицинская физика : учебник / авт.-сост.: В.А. Федоров, А.В. Яковлев, С.В. Васильева ; М-во обр. и науки РФ, ФГБОУ ВПО «Тамб. гос. ун-т им. Г.Р. Державина». Тамбов : Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2012. 122 с. В учебнике приведен краткий курс лекций по медицинской физике, предназначенный для студентов специальности «Лечебное дело». Учебник будет также полезен студентам специальности «Физика», (профиль «Медицинская физика»). УДК 53:61 (075.6) ББК 22.3 я73 | |
| © Федоров В.А., Яковлев А.В., Васильева С.В., составление, 2012 Ó ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина», 2012 | ||
MINISTRY OF EDUCATION AND SCIENCE OF THE RUSSIAN FEDERATION
FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL
INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION
«TAMBOV STATE UNIVERSITY
named after g.r. dERZHAVIN»
MEDICAL
PHYSICS
Series of Lectures
Permitted by the Editorial-Publishing Board
of TSU named after G.R. Derzhavin as Course Book
for Students Studying the Disciplines
060101.65 – Medical Business, 010707.65 – Medical Physics
and Direction of Training 011200 – Physics
| Recommended for Publishing By the Editorial-Publishing Board Of TSU named after G.R. Derzhavin |
Authors:
V.А. Fedorov, А.V. Yakovlev, S.V. Vasilieva
Reviewers:
Doctor of Medicine, Professor E.А. Osmanov;
Doctor of Physics and Mathematics, Professor А.А. Shibkov
| Medical Physics : Textbook / Authors : V.А. Fedorov, А.V. Yakovlev, S.V. Vasilieva ; Ministry of Education and Science of RF, FSBEI HPE «Tambov State University named after G.R. Derzhavin». Tambov : the Publishing House of TSU named after G.R. Derzhavin, 2012. 122 pp. The textbook contains the short course on Medical Physics. It is intended for students studying the discipline «Medical Business». The textbook will also be useful for students studying the discipline «Physics», (profile «Medical Physics»). | ||
| © Fedorov V.А., Yakovlev А.V., Vasilieva S.V., Drawing up, 2012 Ó FSBEI HPE «Tambov State University named after G.R. Derzhavin», 2012 | ||
СОДЕРЖАНИЕ
ЛЕКЦИЯ 1. 11
Механические свойства тканей. 17
§ 1. Способы деформирования. 17
а) растяжение. 17
б) сдвиг. 18
в) изгиб. 18
г) кручение. 19
§ 2. Виды деформаций. 19
а) ползучесть. 20
б) релаксация. 20
в) прочность. 20
г) разрушение. 20
ЛЕКЦИЯ 2. 22
§ 3. Механические свойства биологических тканей. 22
а) костная ткань. 22
б) кожа (линии Лангера). 22
в) мышечная ткань. 24
г) сосудистая ткань. 24
§ 4. Уравнение Ламе. 24
Механические колебания и волны.. 25
§ 5. Механические колебания. 25
а) автоколебания. 25
б) колебательные движения тела человека
при ходьбе. 26
в) вестибулярный аппарат. 27
ЛЕКЦИЯ 3. 29
§ 6. Механические колебания сердца. 29
а) баллистокардиография. 29
б) апекскардиография. 29
в) кинетокардиография. 30
г) динамокардиография. 30
§ 7. Вибрации. 31
§ 8. Механотерапия. 32
§ 9. Механические волны.. 32
а) энергетические характеристики волны.. 33
§ 10. Эффект Доплера. 34
ЛЕКЦИЯ 4. 35
Акустика. Физика слуха. 35
§ 11. Акустика, звук. 35
а) акустика. 35
б) характеристики звука. 35
§ 12. Закон Вебера-Фехнера. 38
§ 13. Звуковые методы исследования. 39
а) аускультация. 39
б) фонокардиография. 39
в) перкуссия. 39
г) аудиометрия. 39
ЛЕКЦИЯ 5. 40
§ 14. Физика слуха. 40
а) наружное ухо. 40
б) среднее ухо. 41
в) внутреннее ухо. 43
§ 15. Бинауральный эффект. 44
§ 16. Тимпанометрия. 45
ЛЕКЦИЯ 6. 47
§ 17. Ультразвук. 47
а) биофизическое действие УЗ. 47
б) УЗ-терапия. 48
в) фонофорез. 48
г) аутогемотерапия. 48
Гемодинамика. 48
§ 18. Вязкость жидкости. 48
§ 19. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. 49
а) ламинарное течение. 50
б) турбулентное течение. 51
ЛЕКЦИЯ 7. 53
§ 20. Формула Пуазейля. 53
а) гидравлическое сопротивление. 54
б) риноманометрия. 55
в) фотогемотерапия. 55
§ 21. Физические основы гемодинамики. 55
а) пульсовая волна. 56
§ 22. Измерение давления крови. 57
§ 23. Сердце как насос. 59
ЛЕКЦИЯ 8. 61
Электрография. 61
§ 24. Физические основы электрографии. 61
а) диполь в равностороннем треугольнике. 61
б) токовый диполь. 61
в) виды электрографии. 62
ЛЕКЦИЯ 9. 63
§ 25. Теория отведений Эйнтховена.
Анализ электрокардиограмм.. 63
§ 26. Факторы, влияющие на ЭКГ. 66
§ 27. Допущения теории Эйнтховена. 66
ЛЕКЦИЯ 10. 68
Электромагнитные колебания и волны.. 68
§ 28. Электромагнитные колебания. 68
а) переменный электрический ток. 68
б) электрический импульс. 69
§ 29. Импульсная электротерапия. 70
а) электросонтерапия. 70
б) транскраниальная электроанальгезия. 70
в) электростимуляция. 70
г) электропунктура. 70
§ 30. Электромагнитные волны.. 70
§ 31. Физические процессы в тканях. 72
при воздействии током и электромагнитными. 72
полями. 72
а) гальванизация. 72
б) электрофорез. 72
ЛЕКЦИЯ 11. 73
§ 32. Воздействие импульсными токами. 73
§ 33. Воздействие токами высокой частоты.. 74
а) диатермия. 74
б) местная дарсонвализация. 74
в) диатермокоагуляция. 74
г) диатермотомия. 75
§ 34. Действие переменного электрического поля. 75
а) УВЧ – терапия. 75
§ 35. Действие СВЧ волн. 76
а) дециметровая терапия. 76
б) микроволновая (сантиметровая) терапия. 76
Магнитное и электрическое поля. 76
§ 36. Действие магнитного поля. 76
а) постоянное магнитное поле. Магнитотерапия. 77
б) импульсное магнитное поле (импульсная магнитотерапия) 77
в) высокочастотная (ВЧ) магнитотерапия. 77
§ 37. Действие постоянного электрического поля. 78
а) франклинизация. 78
б) лампа Чижевского (аэроионизатор) 78
§ 38. Импеданс тканей организма. 79
а) реография. 80
ЛЕКЦИЯ 12. 81
Физика зрения. 81
§ 39. Физические основы зрения. 81
а) устройство глаза. 81
б) аккомодация. 83
в) адаптация. 83
г) угол зрения. 83
д) предел разрешения. 83
е) острота зрения. 83
§ 40. Недостатки оптической системы глаза. 83
ЛЕКЦИЯ 13. 85
Действие различного рода излучений. 85
§ 41. Тепловое излучение. 85
а) солнце. 85
б) термография. 86
в) воздействие низких температур. 86
г) светолечение. 86
§ 42. Рентгеновское излучение. 87
§ 43. Использование рентгеновского излучения в
медицине. 88
а) рентгеноскопия. 89
б) рентгенография. 89
в) флюорография. 89
ЛЕКЦИЯ 14. 90
§ 44. Рентгеновская компьютерная томография. 90
§ 45. Радиоактивность. 93
ЛЕКЦИЯ 15. 96
§ 46. Биофизическое действие ионизирующего
излучения. 96
а) радиофармпрепараты.. 96
б) радиодиагностика. 98
в) радиотерапевтические методы. 98
§ 47. Дозиметрия. 99
ЛЕКЦИЯ 16. 103
Физические поля человека. 103
§ 48. Собственные физические поля организма человека. 103
§ 49. Акустические поля человека. 104
а) кохлеарная акустическая эмиссия. 104
б) акустическое излучение УЗ диапазона. 105
Процессы в мембранах. 106
§ 50. Физические процессы в мембранах. 106
а) функции мембран. 106
б) модели мембран. 107
в) физические свойства мембран. 108
ЛЕКЦИЯ 17. 109
§ 51. Уравнение Нернста-Планка. 109
§ 52. Виды транспорта через мембрану. 110
а) пассивный транспорт. 110
б) активный транспорт. 111
§ 53. Биоэлектрические потенциалы. 112
а) потенциал покоя. 113
ЛЕКЦИЯ 18. 115
§ 54. Потенциал действия. 115
а) распространение потенциала действия. 117
б) перехваты Ранвье. 121
CONTENTS
LECTURE 1. 17
Mechanical properties of tissue. 17
§ 1. Ways of deformation. 17
а) tension. 17
b) shear. 18
c) bend. 18
d) torsion. 19
§ 2. Types of deformation. 19
а) creep. 20
b) relaxation. 20
c) strength. 20
d) destruction. 20
LECTURE 2. 22
§ 3. Mechanical properties of biological tissues. 22
а) osseous tissue. 22
b) derma. 22
c) muscular tissue. 24
d) angienchyma. 24
§ 4. Lame’s equation. 24
Mechanical vibrations and waves. 25
§ 5. Mechanical vibrations. 25
а) self-oscillation. 25
b) oscillatory motion of human body while walking. 26
c) vestibular apparatus. 27
LECTURE 3. 29
§ 6. Mechanical vibrations of heart 29
а) ballistocardiography. 29
b) apexcardiography. 29
c) kinetocardiography. 30
d) dynamocardiography. 30
§ 7. Vibrations. 31
§ 8. Mechanotherapy. 32
§ 9. Mechanical waves. 32
а) energy characteristics of a wave. 33
§ 10. Doppler effect 34
LECTURE 4. 35
Acoustics. Physics of hearing. 35
§ 11. Acoustics, sound. 35
а) acoustics. 35
b) characteristics of sound. 35
§ 12. Psychophysical law (Weber-Fechner law) 38
§ 13. Sound methods of research. 39
а) auscultation. 39
b) phonocardiography. 39
c) percussion. 39
d) audiometry. 39
LECTURE 5. 40
§ 14. Physics of hearing. 40
а) outer ear 40
b) middle ear 41
c) inner ear 43
§ 15. Binaural effect 44
§ 16. Tympanometry. 45
LECTURE 6. 47
§ 17. Ultrasound. 47
а) biophysical effect of ultrasound. 47
b) Ultrasonic-therapy. 48
c) phonophoresis. 48
d) autohemotherapy. 48
Circulatory dynamics. 48
§ 18. Liquid viscosity. 48
§ 19. Newtonian and non-Newtonian liquids. 49
а) laminar flow. 50
b) turbulent flow.. 51
LECTURE 7. 53
§ 20. Poiseuille formula. 53
а) liquid resistance. 54
b) rhinomanometry. 55
c) photohemotherapy. 55
§ 21. Physical basis of haemodynamics. 55
а) pulse-wave. 56
§ 22. Blood pressure measuring. 57
§ 23. Heart as a pump. 59
LECTURE 8. 61
Electrography. 61
§ 24. Physical basis of electrography. 61
а) dipole in equiangular triangle. 61
b) current dipole. 61
c) types of electrography. 62
LECTURE 9. 63
§ 25. Einthoven theory.
Analysis of electrocardiograms. 63
§ 26. Factors influencing on ECG.. 66
§ 27. Assumptions of Einthoven theory. 66
LECTURE 10. 68
Electromagnetic waves and oscillations. 68
§ 28. Electromagnetic oscillations. 68
а) alternating electric current 68
b) electropulse. 69
§ 29. Impulse electrotherapy. 70
а) electrosleep therapy. 70
b) transcranial electric analgesia. 70
c) electrostimulation. 70
d) electropuncture. 70
§ 30. Electromagnetic waves. 70
§ 31. Physical prossesses in tissues. 72
under impact of current 72
and electromagnetic fields 72
а) galvanisation. 72
b) electrophoresis. 72
LECTURE 11. 73
§ 32. Impact of pulse currents. 73
§ 33. Impact of high-frequency current 74
а) diathermy. 74
b) punctual darsonvalization. 74
c) diathermocoagulation. 74
d) electrotomy. 75
§ 34. Effect of alterning magnetic field. 75
а) High-frequency therapy. 75
§ 35. Effect of superhigh frequences (SHF) 76
а) decimeter-wave therapy. 76
b) microwave (centimeter) therapy. 76
Magnet and electric fields. 76
§ 36. Effect of magnet field. 76
а) constant magnetic field. Magnetotherapy. 77
b) pulsed magnet field (pulsing magnetotherapy) 77
c) high-frequency (HF) magnitotherapy. 77
§ 37. Effect of constant electric field. 78
а) franklinism.. 78
b) lamp of Chizhevsky (aeroionizer) 78
§ 38. Impedance of body tissues. 79
а) rheography. 80
LECTURE 12. 81
Physics of vision. 81
§ 39. Physical basis of vision. 81
а) structure of an eye. 81
b) accomodation. 83
c) adaptation. 83
d) visual angle. 83
e) resolution limit 83
f) acuity of vision. 83
§ 40. Defects of optical system of an eye. 83
LECTURE 13. 85
Effect of different kinds of radiation. 85
§ 41. Infrared rays. 85
а) sun. 85
b) thermography. 86
c) effect of low temperature. 86
d) heliotherapy. 86
§ 42. X-ray radiation. 87
§ 43. Use of X-ray radiation in medicine. 88
а) roentgenoscopy. 89
b) roentgenography. 89
c) fluorography. 89
LECTURE 14. 90
§ 44. X-ray computed tomography. 90
§ 45. Radioactivity. 93
LECTURE 15. 96
§ 46. Biophysical effect of ionizing radiation. 96
а) radiopharmaceuticals. 96
b) radiodiagnosis. 98
c) radiotherapeutic methods. 98
§ 47. Dosimetry. 99
LECTURE 16. 103
Physical fields of human. 103
§ 48. Proper physical fields of human body. 103
§ 49. Acoustic fields of human. 104
а) cochlear acoustic emission. 104
b) acoustic radiation of ultrasonic range. 105
Processes in membranes. 106
§ 50. Physical processes in membranes. 106
а) functions of membranes. 106
b) models of membranes. 107
c) physical characteristics of membranes. 108
LECTURE 17. 109
§ 51. Nernst-Planck equation. 109
§ 52. Types of transport across membrane. 110
а) passive transport 110
b) active transport 111
§ 53. Bioelectric potentials. 112
а) resting potential 113
LECTURE 18. 115
§ 54. Action potential. 115
а) propagation of the action potential 117
b) nodes of Ranvier. 121
| ЛЕКЦИЯ 1 |