Medicinska fizika

2021/2022
Program:
Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje Aplikativna fizika
Letnik:
3 letnik
Semester:
drugi
Vrsta:
izbirni
ECTS:
4
Jezik:
slovenski
Nosilci predmeta:
Ure na teden – 2. semester:
Predavanja
2
Seminar
0
Vaje
2
Laboratorij
0
Vsebina

Fizika žive snovi: uvod v medicinsko fiziko (bioelementi, prvine žive snovi, homeostaza, povratna zanka), osnove biokemije (kemijske vezi, vodikova vez, molekula vode, izomerija, biomolekule, proteini, DNK, lipidi), osnove fiziologije celice (membrana, ioni, membranski potencial), akcijski potencial živčne celice (morfologija akcijskega potenciala, Hodgkin-Huxleyev model membrane), srčno mišično vlakno (akcijski potencial, tokovni dipol), srčna mišica (sincicij)

Tehnike slikanj v medicinski fiziki: elektrokardiogram, elektroencefalogram, rentgensko slikanje (ionizirajoče sevanje, viri rentgenskega sevanja, interakcija rentgenskega sevanja s snovjo, primeri rentgenskih slik), osnovni principi rentgenske tomografije, osnove dozimetrije (interakcija ionizirajočih sevanj z živo snovjo, doza, zaščita pred sevanjem), slikanje z magnetno resonanco (fizikalne osnove, vzbujanje in relaksacija jeder, sunkovna zaporedja, osnovne prvine slikanja, uporaba gradientov, k-prostor), slikanje z ultrazvokom (fizikalne osnove, akustična impedanca, atenuacija, osnove slikanja, doplersko slikanje), slikanje v nuklearni medicini (pojem radiofarmaka, viri sevanja gama, pregled tomografskih metod - SPECT, PET, varnost pri slikanju).

Varnost pri delu, ki vključuje pacienta (tisti del, ki je povezan z medicinsko fiziko).

Temeljni literatura in viri
  1. C. Guy, D. Fytche, An Introducition to the Principles of Medical Imaging. Imperial College Press, 2005

  2. R. Plonsey, R. Barr, Bioelectricity - A quantitative approach. Springer, 2007

  3. R.M. Berne, M.N. Levy, Physiolog, 4th ed. Elsevier, 2007

  4. Lehninger, Principles of biochemistry. 4th ed. W. H. Freeman, 2004

  5. Atkins’ Physical Chemistry. 7th ed. Oxford University Press, 2008

  6. R. Hren, Zapiski predavanj iz Medicinske fizike . Dosegljivo na spletnem naslovu http://medfiz.fmf.uni-lj.si/predavanja.html

  7. M. Milanič, Zapiski vaj iz Medicinske fizike . Dosegljivo na spletnem naslovu: http://medfiz.fmf.uni-lj.si/vaje.html

Cilji in kompetence

Cilji: pregled uporabe fizike v medicini ter biomedicinskih vedah. Predstavitev osnov fizike žive snovi (biokemije, fizikalne kemije in fiziologije). Spoznavanje z osnovnimi metodami slikanja v medicinski fiziki. Spoznavanje s konceptualnimi prvinami interdisciplinarnega zastavljanja in reševanja znanstvenih in strokovnih problemov.

Kompetence:
Sposobnost prepoznavanja in reševanja fizikalnih problemov v biomedicinskih vedah pri rutinskem delu;
Poznavanje najpomembnejših področij fizike;
Sposobnost iskanja po strokovni literaturi, pripravljanja sinteze in javnega nastopanja;
Zavedanje etičnih načel v fiziki v povezavi z medicino .

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje: Poznavanje osnovnih pojmov in zakonov fizike žive snovi. Razumevanje osnov tehnik slikanj v medicini (povezava med osnovnimi zakoni in tehnološkimi rešitvami). Konceptualno razumevanje obdelave podatkov v medicinski fiziki.

Uporaba: uporaba fizikalnih principov in zakonitosti v kompleksnih sistemih. Aplikacija tehnoloških rešitev z utemeljitvijo poenostavitev/približkov.

Refleksija: Interdisciplinarno razumevanje procesov v naravi in tehnologiji.

Prenosljive spretnosti: Spretnost uporabe domače in tuje literature ter interneta. Pripravljanje sinteze ter spretnost uporabe prvin javnega nastopanja.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja, vaje, individualne naloge, domača naloge.

Načini ocenjevanja

Za oceno iz vaj velja individualna naloga (poročilo, powerpoint prezentacija, javni nastop).
Za izpitno oceno velja pisni izpit.
(ocene: 5 (negativno), 6-10 (pozitivno), ob upoštevanju Statuta UL)

Reference nosilca

[1] Milanič M, Jazbinšek V, MacLeod RS, Brooks DH, Hren R. Assessment of regularization techniques for electrocardiographic imaging. J Electrocardiol. 2014; 47:20-28.
[2] ten Tusscher KH, Mourad A, Nash MP, Clayton RH, Bradley CP, Paterson DJ, Hren R, Hayward M, Panfilov AV, Taggart P. Organization of ventricular fibrillation in the human heart: experiments and models. Exp Physiol. 2009; 94:553-562.
[3] Keldermann RH, ten Tusscher KH, Nash MP, Bradley CP, Hren R, Taggart P, Panfilov AV. A computational study of mother rotor VF in the human ventricles. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2009; 296:H370-379.
[4] Keldermann RH, ten Tusscher KH, Nash MP, Hren R, Taggart P, Panfilov AV. Effect of het-erogeneous APD restitution on VF organization in a model of the human ventricles. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2008; 294:H764-774.
[5] ten Tusscher KH, Hren R, Panfilov AV. Organization of ventricular fibrillation in the human heart. Circ Res. 2007; 22;100:e87-101.
[6] ten Tusscher KH, Bernus O, Hren R, Panfilov AV. Comparison of electrophysiological models for human ventricular cells and tissues. Prog Biophys Mol Biol. 2006; 90:326-345.
[7] Hren R, Horácek BM. The effect of nontransmural necroses on epicardial potential maps during paced activation: a simulation study. Comput Biol Med. 2003; 33:251-258.
[8] Jazbinsek V, Hren R, Stroink G, Horácek BM, Trontelj Z. Value and limitations of an inverse solution for two equivalent dipoles in localising dual accessory pathways. Med Biol Eng Comput. 2003; 41:133-140.
[9] Trobec R, Gersak B, Hren R. Body surface mapping after partial left ventriculotomy. Heart Surg Forum. 2002; 5:187-192.
[10] Hren R, Stroink G. Noninvasive characterisation of multiple ventricular events using electro-cardiographic imaging. Med Biol Eng Comput. 2001; 39:447-454.
[11] Samarin S, Hren R, Trobec R, Avbelj V, Gersak B. Spatial resolution of epicardial pace map-ping using body surface potentials. Pflugers Arch. 2000; 440(5 Suppl):R123-125.
[12] Hren R, Punske BB, Stroink G. Assessment of spatial resolution of pace mapping when using body surface potentials. Med Biol Eng Comput. 1999; 37:477-481.
[13] Hren R. Localization of intramural necrotic regions using electrocardiographic imaging. J Electrocardiol. 1999;32 Suppl:140-149.
[14] Hren R, Steinhoff U, Gessner C, Endt P, Goedde P, Agrawal R, Oeff M, Lux RL, Trahms L. Value of magnetocardiographic QRST integral maps in the identification of patients at risk of ventricular arrhythmias. Pacing Clin Electrophysiol. 1999; 22:1292-1304.
[15] Hren R, Punske BB. A comparison of simulated QRS isointegral maps resulting from pacing at adjacent sites: implications for the spatial resolution of pace mapping using body surface potentials. J Electrocardiol. 1998;31 Suppl:135-144.
[16] Hren R, Nenonen J, Horácek BM. Simulated epicardial potential maps during paced activa-tion reflect myocardial fibrous structure. Ann Biomed Eng. 1998; 26:1022-1035.
[17] Hren R, Stroink G, Horácek BM. Accuracy of single-dipole inverse solution when localising ventricular pre-excitation sites: simulation study. Med Biol Eng Comput. 1998; 36:323-329.
[18] Hren R, Stroink G, Horácek BM. Spatial resolution of body surface potential maps and mag-netic field maps: a simulation study applied to the identification of ventricular pre-excitation sites. Med Biol Eng Comput. 1998; 36:145-157.
[19] Hren R. Value of epicardial potential maps in localizing pre-excitation sites for radiofrequen-cy ablation. A simulation study. Phys Med Biol. 1998; 43:1449-1468.
[20] Hren R, Horácek BM. Value of simulated body surface potential maps as templates in localizing sites of ectopic activation for radiofrequency ablation. Physiol Meas. 1997; 18:373-400.
[21] Hren R, Zhang X, Stroink G. Comparison between electrocardiographic and magnetocardiographic inverse solutions using the boundary element method. Med Biol Eng Comput. 1996 Mar;34(2):110-114.
[22] Hren R, Stroink G. Application of the surface harmonic expansion for modeling the human torso. IEEE Trans Biomed Eng. 1995; 42:521-524.