Учебное пособие подготовлено в соответствии с программой по медицинской и биологической физике. В его основу положен материал лекций и семинаров по дисциплине "Медицинская и биологическая физика". Отличительная особенность пособия - большинство лекций имеют таблицы, в которых представлены основные понятия и формулы. Почти все лекции сопровождаются задачами с подробным решением и ответом. Предназначено студентам, аспирантам и преподавателям медицинских и биологических специальностей высших учебных заведений. Может быть полезно учителям и учащимся медико-биологических лицеев. Издание дополнено компакт-диском.
Предисловие
План лекций
Лекция 1. Механические колебания
1.1. Колебания. Периодические колебания. Гармонические колебания
1.2. Свободные колебания. Незатухающие и затухающие колебания
1.3. Вынужденные колебания, резонанс
1.4. Сопоставление колебательных процессов. Энергия незатухающих гармонических колебаний
1.5. Автоколебания
1.6. Колебания тела человека и их регистрация
1.7. Основные понятия и формулы
1.8. Задачи
Лекция 2. Механические волны
2.1. Механические волны, частота волны. Продольные и поперечные волны
2.2. Волновой фронт. Скорость и длина волны
2.3. Уравнение плоской волны
2.4. Энергетические характеристики волны
2.5. Некоторые специальные разновидности волн
2.6. Эффект Доплера и его использование в медицине
2.7. Анизотропия при распространении поверхностных волн. Действие ударных волн на биологические ткани
2.8. Основные понятия и формулы
2.9. Задачи
Лекция 3. Акустика. Звук
3.1. Звук, виды звука
3.2. Физические характеристики звука
3.3. Характеристики слухового ощущения. Звуковые измерения
3.4. Прохождение звука через границу раздела сред
3.5. Звуковые методы исследования
3.6. Факторы, определяющие профилактику шума. Защита от шума
3.7. Основные понятия и формулы. Таблицы
3.8. Задачи
Лекция 4. Некоторые вопросы физики слуха
4.1. Звукопроводящая и звуковоспринимающая части слухового аппарата
4.2. Роль наружного уха
4.3. Роль среднего уха
4.4. Роль внутреннего уха
4.5. Определение локализации источника звука в горизонтальной плоскости - бинауральный эффект
4.6. Определение локализации источника звука в вертикальной плоскости
4.7. Слуховые аппараты и протезы. Тимпанометрия
4.8. Задачи
Лекция 5. Ультразвук и инфразвук
5.1. Излучатели и приемники ультразвука
5.2. Поглощение ультразвука в веществе. Акустические течения и кавитация
5.3. Отражение ультразвука. Звуковидение
5.4. Биофизическое действие УЗ
5.5. Использование УЗ в медицине: терапии, хирургии, диагностике
5.6. Инфразвук и его источники
5.7. Воздействие инфразвука на человека. Использование инфразвука в медицине
5.8. Основные понятия и формулы. Таблицы
5.9. Задачи
Лекция 6. Механические свойства тканей
6.1. Способы деформирования тел
6.2. Механические свойства материалов и методы их исследования
6.3. Механические свойства биологических тканей
6.4. Механические модели
6.5. Основные понятия и формулы. Таблицы
6.6. Задачи
Лекция 7. Уравнение Бернулли и его следствия
7.1. Линии тока и трубка тока. Условие неразрывности струи
7.2. Уравнение Бернулли
7.3. Следствия уравнения Бернулли
7.4. Принцип работы инжектора, ингалятора
7.5. Основные понятия и формулы
7.6. Задачи
Лекция 8. Вязкость жидкости
8.1. Внутреннее трение (вязкость) жидкости. Уравнение Ньютона
8.2. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Кровь
8.3. Ламинарное и турбулентное течения, число Рейнольдса
8.4. Формула Пуазейля, гидравлическое сопротивление
8.5. Распределение давления при течении реальной жидкости по трубам различного сечения
8.6. Методы определения вязкости жидкостей
8.7. Влияние вязкости на некоторые медицинские процедуры
8.8. Основные понятия и формулы
8.9. Задачи
Лекция 9. Физические основы гемодинамики
9.1. Движение крови в сосудистой системе. Пульсовая волна
9.2. Работа и мощность сердца
9.3. Физические основы клинического метода измерения давления крови
9.4. Роль артериального давления и эластичности сосудов
9.5. Гидродинамическая модель кровообращения
9.6. Задачи
Лекция 10. Электричество и магнетизм
10.1. Электрический заряд. Закон Кулона
10.2. Электрическое поле. Напряженность, потенциал, разность потенциалов. Графическое изображение
электрических полей
10.3. Проводники и диэлектрики, относительная диэлектрическая проницаемость
10.4. Ток, сила тока, плотность тока. Тепловое действие тока
10.5. Магнитное поле, магнитная индукция. Силовые линии. Магнитная проницаемость
10.6. Электромагнитная индукция. Токи Фуко. Самоиндукция
10.7. Конденсатор и катушка индуктивности. Энергии электрического и магнитного полей
10.8. Основные понятия и формулы
10.9. Задачи
Лекция 11. Физические процессы в мембранах
11.1. Функции мембран
11.2. Структура и модели мембран
11.3. Физические свойства мембран
11.4. Перенос молекул (атомов) через мембраны, уравнение Фика
11.5. Перенос заряженных частиц, электродиффузное уравнение Нернста-Планка
11.6. Виды транспорта через мембрану
11.7. Основные понятия и формулы
11.8. Задачи
Лекция 12. Биоэлектрические потенциалы
12.1. Ионные потоки в мембране
12.2. Потенциал покоя. Стационарный потенциал Гольдмана-Ходжкина-Катца
12.3. Потенциал действия и его распространение
12.4. Основные понятия и формулы
12.5. Задачи
Лекция 13. Диполь. Физические основы электрографии
13.1. Электрический диполь и его электрическое поле
13.2. Диполь во внешнем электрическом поле
13.3. Токовый диполь
13.4. Физические основы электрографии
13.5. Теория отведений Эйнтховена, три стандартных отведения. Поле диполя сердца, анализ электрокардиограмм
13.6. Векторкардиография
13.7. Физические факторы, определяющие особенности ЭКГ
13.8. Основные понятия и формулы
Лекция 14. Электромагнитные колебания
14.1. Свободные электромагнитные колебания
14.2. Апериодический разряд конденсатора. Постоянная времени. Зарядка конденсатора
14.3. Электрический импульс и импульсный ток
14.4. Импульсная электротерапия
14.5. Основные понятия и формулы
14.6. Задачи
Лекция 15. Переменный ток
15.1. Переменный ток и переменное напряжение. Сопротивление участка цепи при протекании переменного тока
15.2. Протекание переменного тока по резистору. Сопротивление резистора, действующие значения тока
и напряжения
15.3. Конденсатор в цепи переменного тока, емкостное Сопротивление
15.4. Протекание переменного тока по идеальной катушке индуктивности, индуктивное сопротивление
15.5. Протекание переменного тока по RLC-цепочке, импеданс. Резонанс напряжений. RCR-цепочка
15.6. Импеданс тканей организма. Эквивалентная электрическая схема тканей. Дисперсия импеданса.
Реография
15.7. Основные понятия и формулы
15.8. Задачи
Лекция 16. Электромагнитные волны
16.1. Уравнения электромагнитной волны. Свойства электромагнитных волн
16.2. Энергетические характеристики электромагнитной волны
16.3. Шкала электромагнитных волн
16.4. Влияние электромагнитных волн различных диапазонов на человека. Волны радиодиапазона
16.5. Основные понятия и формулы
16.6. Задачи
Лекция 17. Физические процессы, происходящие в тканях организма под воздействием токов и электромагнитных полей
17.1. Действие постоянного тока
17.2. Действие переменного тока (НЧ, ЗЧ, УЗЧ). Пороговые значения
17.3. Действие высокочастотного тока
17.4. Действие магнитных полей
17.5. Действие постоянного электрического поля
17.6. Действие переменного электрического поля (УВЧ)
17.7. Действие электромагнитных волн (СВЧ)
17.8. Задачи
Лекция 18. Некоторые вопросы медицинской электроники
18.1. Основные группы медицинских электронных приборов и аппаратов
18.2. Электробезопасность медицинской аппаратуры
18.3. Надежность медицинской аппаратуры
18.4. Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации
18.5. Электроды для съема медико-биологической информации
18.6. Датчики медико-биологической информации
18.7. Основные понятия и формулы
18.8. Задачи
Лекция 19. Усилители. Генераторы
19.1. Усилители
19.2. Характеристики усилителя
19.3. Особенности усиления биоэлектрических сигналов
19.4. Генераторы, их классификация и использование в медицине
19.5. Основные понятия и формулы
Лекция 20. Интерференция света
20.1. Сложение световых волн от естественных источников света
20.2. Когерентные источники. Интерференция света
20.3. Получение двух когерентных источников из одного точечного источника естественного света
20.4. Интерферометры, интерференционный микроскоп
20.5. Интерференция в тонких пленках. Просветление оптики
20.6. Основные понятия и формулы
20.7. Задачи
Лекция 21. Дифракция света
21.1. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля
21.2. Дифракция на щели в параллельных лучах
21.3. Дифракционная решетка
21.4. Дифракционный спектр
21.5. Характеристики дифракционной решетки как спектрального прибора
21.6. Рентгеноструктурный анализ
21.7. Дифракция света на круглом отверстии. Разрешающая способность диафрагмы
21.8. Основные понятия и формулы
21.9. Задачи
Лекция 22. Поляризация света
22.1. Свет естественный и поляризованный
22.2. Прохождение света через поляризатор. Закон Малюса
22.3. Способы получения поляризованного света
22.4. Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами
22.5. Применение поляризованного света для решения медико-биологических задач
22.6. Основные понятия и формулы
22.7. Задачи
Лекция 23. Геометрическая оптика
23.1. Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение, световоды
23.2. Полное внутреннее отражение. Волоконная оптика
23.3. Линзы. Оптическая сила линзы
23.4. Аберрации линз
23.5. Основные понятия и формулы
23.6. Задачи
Лекция 24. Глаз и его функции
24.1. Строение глаза. Аккомодация. Бинокулярное зрение
24.2. Недостатки оптической системы глаза
24.3. Угол зрения. Разрешающая способность. Острота зрения
24.4. Акустическая биомеханика глаза
24.5. Основные понятия и формулы
24.6. Задачи
Лекция 25. Микроскопия
25.1. Лупа
25.2. Оптическая система микроскопа
25.3. Увеличение микроскопа
25.4. Предел разрешения. Разрешающая способность микроскопа
25.5. Полезное увеличение микроскопа
25.6. Специальные приемы микроскопии
25.8. Основные понятия и формулы
25.8. Задачи
Лекция 26. Тепловое излучение
26.1. Характеристики теплового излучения
26.2. Закон Кирхгофа
26.3. Законы излучения черного тела
26.4. Излучение Солнца
26.5. Физические основы термографии
26.6. Светолечение. Лечебное применение ультрафиолета
26.7. Основные понятия и формулы
26.8. Задачи
Лекция 27. Волновые свойства частиц. Основные представления квантовой механики
27.1. Волновые и корпускулярные свойства света
27.2. Волновые свойства частиц. Дифракция электронов
27.3. Электронный микроскоп
27.4. Основные представления квантовой механики
27.5. Основные понятия и формулы
Лекция 28. Взаимодействие света с веществом
28.1. Поглощение света. Закон Бугера
28.2. Поглощение света растворами. Закон Бугера-Ламберта-Бера
28.3. Концентрационная колориметрия. Оптическая плотность
28.4. Спектры поглощения
28.5. Рассеяние света. Зависимость рассеяния от длины волны
28.6. Ослабление при совместном действии поглощения и рассеяния
28.7 Основные понятия и формулы
28.7. Задачи
Лекция 29. Люминесценция
29.1. Люминесценция, виды люминесценции
29.2. Механизмы фотолюминесценции
29.3. Спектры возбуждения и люминесценции. Правило Стокса
29.4. Хемилюминесценция
29.5. Использование люминесценции в биологии и медицине
29.6. Основные понятия и формулы
Лекция 30. Фотобиологические процессы
30.1. Фотобиологические процессы и фотохимические реакции
30.2. Поперечное сечение поглощения молекулы. Квантовый выход фотохимической реакции.
Скорость фотохимической реакции
30.3. Спектр фотохимического действия. Спектр поглощения. Спектр фотобиологического действия
30.4. Фотосенсибилизаторы и их применение в медицине
30.5. Основные понятия и формулы
Лекция 31. Лазеры. Лазерное излучение
31.1. Прохождение монохроматического света через прозрачную среду
31.2. Создание инверсной населенности. Способы накачки
31.3. Принцип действия лазера. Типы лазеров
31.4. Особенности лазерного излучения
31.5. Характеристики лазерного излучения, применяемого в медицине
31.6. Изменения свойств ткани и ее температуры под действием непрерывного мощного лазерного излучения
31.7. Использование лазерного излучения в медицине
31.8. Основные понятия и формулы
31.9. Задачи
Лекция 32. Рентгеновское излучение
32.1. Источники рентгеновского излучения
32.2. Тормозное рентгеновское излучение
32.3. Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли
32.4. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Закон ослабления
32.5. Физические основы использования рентгеновского излучения в медицине
32.6. Основные понятия и формулы
32.7. Задачи
Лекция 33. Радиоактивность
33.1. Радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада. Активность
33.2. Основные виды радиоактивного распада
33.3. Количественные характеристики взаимодействия ионизирующего излучения с веществом
33.4. Естественная и искусственная радиоактивность. Радиоактивные ряды
33.5. Использование радионуклидов в медицине
33.6. Ускорители заряженных частиц и их использование в медицине
33.7. Биофизические основы действия ионизирующего излучения
33.8. Основные понятия и формулы
33.9. Задачи
Лекция 34. Дозиметрия
34.1. Дозиметрия. Дозы облучения. Мощность дозы
34.2. Биологические эффекты доз облучения. Предельные дозы
34.3. Дозиметрические приборы. Детекторы ионизирующего излучения
34.4. Способы защиты от ионизирующего излучения
34.5. Основные понятия и формулы
34.6. Задачи
Приложения
Предметный указатель
Рекомендуемая научная и научно-популярная литература