Physik und Biophysik für Mediziner
von: Helmut A Tritthart
Schattauer GmbH, Verlag für Medizin und Naturwissenschaften, 2010
ISBN: 9783794565160
Sprache: Deutsch
685 Seiten, Download: 18013 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
geeignet für:
| Cover | 1 | ||
| Inhaltsverzeichnis | 14 | ||
| Einführung | 22 | ||
| 1. Messen und Darstellen von Meßwerten | 28 | ||
| 1.1 Direkte und indirekte physikalische Messungen | 28 | ||
| 1.2 Medizinische Meßverfahren | 29 | ||
| 1.2.1 Meßprobleme in Medizin und Biologie | 29 | ||
| 1.2.2 Subjektive Messungen in der Medizin | 31 | ||
| 1.2.3 Psychophysik | 34 | ||
| 1.3 SI-System | 37 | ||
| 1.3.1 Gebrauch der Maßeinheit Kilopascal (kPa) | 40 | ||
| 1.3.2 Längenmessung | 43 | ||
| 1.3.3 Fläche und Volumen | 46 | ||
| 1.3.4 Winkelmasse | 51 | ||
| 1.3.5 Vektor und Skalar | 52 | ||
| 1.3.6 Zeit | 54 | ||
| 1.3.7 Masse | 56 | ||
| 1.3.8 Kraft | 59 | ||
| 1.4 Meßfehler | 59 | ||
| 1.5 Statistik | 63 | ||
| 1.5.1 Konfidenzgrenzen, Vertrauensgrenzen | 65 | ||
| 1.5.2 Testen von Hypothesen | 66 | ||
| 1.5.3 Häufig vorkommende Verteilungsfunktionen | 67 | ||
| 1.5.4 Vergleich von Mittelwerten, t-Test | 68 | ||
| 1.5.5 Regressionsgerade | 70 | ||
| 1.5.6 Sequential-Analyse | 71 | ||
| 1.5.7 Sensitivität, Spezifität, Prävalenz und Inzidenz | 74 | ||
| 1.5.8 Alltagsstatistik | 78 | ||
| 1.6 Darstellung von Meßwerten | 79 | ||
| 1.6.1 Das rechtwinklige Koordinatensystem | 84 | ||
| 1.6.2 Differential, Integral | 86 | ||
| 1.6.3 Semilogarithmische Meßwertdarstellungen | 88 | ||
| 1.6.4 Häufigkeitsverteilungen | 89 | ||
| 2. Mechanik | 96 | ||
| 2.1 Statik und Dynamik | 96 | ||
| 2.1.1 Dynamik | 96 | ||
| 2.1.2 Translation, Rotation, Stoßgesetze und Drehmomente | 99 | ||
| 2.1.3 Hebel | 106 | ||
| 2.1.4 Arbeit, Energie, Leistung | 113 | ||
| 2.1.5 Krafteinwirkungen auf Körper | 116 | ||
| 2.1.6 Schwingungen und Wellen | 125 | ||
| 2.1.7 Viskoelastizität | 134 | ||
| 2.1.8 Andere mechanische Einwirkungen auf den menschlichen Körper | 139 | ||
| 2.2 Struktur der Materie | 152 | ||
| 2.3 Hydrostatik und Hydrodynamik | 156 | ||
| 2.4 Atmung und physikalische Faktoren der Lungenfunktion | 178 | ||
| 3. Akustik | 186 | ||
| 3.1 Information | 186 | ||
| 3.2 Kinetik, Steuerung, Regelung | 187 | ||
| 3.3 Oszillation und Chaos | 192 | ||
| 3.4 Harmonische Schwingung | 195 | ||
| 3.5 Schall | 197 | ||
| 3.6 Hörvermögen, Funktionen des Ohrs | 200 | ||
| 3.6.1 Trommelfell | 203 | ||
| 3.6.2 Schallreflexion | 203 | ||
| 3.6.3 Innenohr | 206 | ||
| 3.6.4 Hörgeräte objektive Hörprüfung | 209 | ||
| 3.7 Menschliche Stimme, Sprache, Töne, Geräusche | 211 | ||
| 3.8 Auskultation und Perkussion | 214 | ||
| 3.9 Stoßwellen, Lithotripsie | 219 | ||
| 3.10 Ultraschall | 226 | ||
| 3.10.1 Ausbreitung von Ultraschall im Gewebe | 226 | ||
| 3.10.2 Ultraschallbildgebung | 227 | ||
| 3.10.3 Ultraschall-Dopplermeßtechniken (farbkodierte Duplexsonographie, FKDS bzw. Color-Flow-Mapping, CFM) | 233 | ||
| 4. Wärmelehre | 238 | ||
| 4.1 Wärmeempfindung, Körpertempertur | 238 | ||
| 4.2 Messung der Körpertemperatur | 240 | ||
| 4.3 Temperaturskalen, isotherme und isobare Gasgesetze | 240 | ||
| 4.4 Wärmemaße | 243 | ||
| 4.5 Kinetische Theorie der Wärme | 244 | ||
| 4.6 Wärmehaushalt des menschlichen Körpers | 248 | ||
| 4.7 Kälte- und Wärmetherapie | 252 | ||
| 4.8 Erster Hauptsatz der Wärmelehre, Grundumsatz, Energiehaushalt | 256 | ||
| 4.9 Phasenumwandlungen | 259 | ||
| 4.10 Dampfdruck | 261 | ||
| 4.11 Atmung, Löslichkeit, Partialdruck, Diffusion | 263 | ||
| 4.12 Erkrankungen durch Änderung des atmosphärischen Drucks | 267 | ||
| 4.13 Teilchen- und Masseströme über Grenzflächen und Membranen | 268 | ||
| 4.14 Zweiter und dritter Hauptsatz der Thermodynamik | 273 | ||
| 5. Elektrizität | 280 | ||
| 5.1 Elektrostatik | 280 | ||
| 5.1.1 Ladung | 281 | ||
| 5.1.2 Coulomb-Gesetz | 281 | ||
| 5.1.3 Piezoelektrizität | 288 | ||
| 5.2 Materie im elektrischen Feld, Elektrophorese, Iontophorese | 289 | ||
| 5.2.1 Materie im elektrischen Feld | 289 | ||
| 5.2.2 Elektrophorese | 294 | ||
| 5.2.3 Iontophorese | 296 | ||
| 5.3 Elektrischer Strom in Materie | 297 | ||
| 5.3.1 Strom und Stromarbeit | 297 | ||
| 5.3.2 Stromleitung in Metallen | 299 | ||
| 5.3.3 Austrittsarbeit | 301 | ||
| 5.3.4 Äußerer photoelektrischer Effekt | 303 | ||
| 5.4 Stromleitung in Halbleitern und in Elektrolyten | 311 | ||
| 5.4.1 Halbleiter | 311 | ||
| 5.4.2 Photodiode | 316 | ||
| 5.4.3 Transistor | 318 | ||
| 5.4.4 Elektrolyte | 319 | ||
| 5.4.5 Magnetfelder | 330 | ||
| 5.4.6 Lorentz-Kraft | 333 | ||
| 5.4.7 Induktion, Lenz-Regel | 335 | ||
| 5.4.8 Elektromagnetische Wellen | 336 | ||
| 5.4.9 HF-Therapie | 339 | ||
| 5.4.10 Elektrochirurgie | 349 | ||
| 5.4.11 Spezifische elektromagnetische Effekte | 353 | ||
| 5.5 Kernspintomographie und Spektroskopie | 355 | ||
| 5.5.1 Magnetische Dipolmomente, Larmor-Frequenzen | 355 | ||
| 5.5.2 Relaxation | 360 | ||
| 5.5.3 T2-Relaxation | 363 | ||
| 5.5.4 NMR-Spektroskopie | 367 | ||
| 5.5.5 Bildgebende Verfahren (Magnetic Resonance Imaging, MRI) | 372 | ||
| 5.5.6 Gesundheitliche Risiken des MRI | 378 | ||
| 5.5.7 Elektronenoptik, Elektronenmikroskop | 379 | ||
| 5.5.8 Das Oszilloskop | 381 | ||
| 5.5.9 Fernsehen | 383 | ||
| 5.5.10 Das Elektronenmikroskop | 389 | ||
| 5.5.11 Bilderzeugung im Rasterelektronenmikroskop (Scanning-Elektronenmikroskop, SEM) | 396 | ||
| 6. Bioelektrizität | 404 | ||
| 6.1 Biologische Ströme und medizinische Stromwirkungen | 404 | ||
| 6.1.1 Membranen | 404 | ||
| 6.1.2 Rezeptoren für Reize | 410 | ||
| 6.1.3 Aktionspotentiale | 411 | ||
| 6.1.4 Ionenkanäle | 413 | ||
| 6.2 Reizströme | 417 | ||
| 6.2.1 Elektroden für Reizströme | 418 | ||
| 6.2.2 Stromformen | 420 | ||
| 6.2.3 Reizwirkung | 422 | ||
| 6.2.4 Gleichstromtherapie | 425 | ||
| 6.2.5 Impulsbehandlung | 426 | ||
| 6.3 Elektrostimulation des Herzens | 430 | ||
| 6.3.1 Reizimpulse zum Herzmuskel | 430 | ||
| 6.3.2 Herzflimmern | 433 | ||
| 6.4 Stromunfall | 435 | ||
| 6.4.1 Stromweg, Stromdichte, Hautwiderstand | 435 | ||
| 6.4.2 Flimmerschwelle und Sicherheitsklassen | 439 | ||
| 6.5 Medizinisch wichtige Potential-Meßverfahren | 440 | ||
| 6.5.1 Messung von Potentialdifferenzen | 440 | ||
| 6.5.2 Elektroden | 444 | ||
| 6.5.3 Aktionspotentiale | 446 | ||
| 6.5.4 Verstärker | 450 | ||
| 6.5.5 Elektroenzephalogramm (EEG) | 459 | ||
| 6.5.6 Evozierte Potentiale | 465 | ||
| 6.5.7 Elektromyographie | 466 | ||
| 7. Röntgen- und Atomphysik | 470 | ||
| 7.1 Grundlagen der Kernphysik, Strahlung und Materie | 470 | ||
| 7.1.1 Strahlenarten | 470 | ||
| 7.1.2 Radionuklide, Isotope | 475 | ||
| 7.2 Zerfallsvorgänge, Kernreaktion, Strahlung und Materie | 478 | ||
| 7.2.1 Zerfallsvorgänge | 478 | ||
| 7.2.2 Kernreaktionen | 482 | ||
| 7.2.3 Zerfallsgesetz | 486 | ||
| 7.3 Röntgen- und Korpuskularstrahlen, Strahlung und Materie | 489 | ||
| 7.3.1 Erzeugung von Röntgenstrahlen | 489 | ||
| 7.3.2 Teilchenbeschleuniger | 497 | ||
| 7.4 Wechselwirkungen von Strahlung und Materie | 501 | ||
| 7.4.1 Ionisierung | 501 | ||
| 7.4.2 Röntgenstrahlen und Materie | 502 | ||
| 7.4.3 Abstandsquadratgesetz | 508 | ||
| 7.4.4 ?-Teilchen und Materie | 509 | ||
| 7.4.5 ?-Strahlen | 512 | ||
| 7.4.6 Neutronen und Materie | 512 | ||
| 7.5 Röntgen – Bilderzeugung und Aufnahmeverfahren | 514 | ||
| 7.5.1 Durchleuchtung | 514 | ||
| 7.5.2 Der Röntgenbildverstärker | 520 | ||
| 7.5.3 Computertomographie (CT) | 523 | ||
| 7.6 Dosimetrie | 527 | ||
| 7.6.1 Energiedosis | 527 | ||
| 7.6.2 Ionendosis | 528 | ||
| 7.6.3 Äquivalentdosis | 530 | ||
| 7.6.4 Spezielle Dosisbegriffe | 533 | ||
| 7.7 Biologische Strahlenwirkungen | 534 | ||
| 7.8 Strahlentherapie | 540 | ||
| 7.8.1 Oberflächentherapie | 542 | ||
| 7.8.2 Halbtiefentherapie und Tiefentherapie | 542 | ||
| 7.8.3 Protonen-, Deuteronen-, Leichtionen- und Neutronentherapie | 546 | ||
| 7.9 Nuklearmedizin | 549 | ||
| 7.9.1 Radionuklid-Generatoren | 549 | ||
| 7.9.2 Szintigraphen | 551 | ||
| 7.10 Strahlenschäden, Strahlenschutz und Strahlenschutzkontrolle | 555 | ||
| 7.10.1 Die akute Strahlenkrankheit | 555 | ||
| 7.10.2 Teratogene Strahlenwirkungen | 556 | ||
| 7.10.3 Chronische somatische Strahlenwirkungen | 558 | ||
| 7.10.4 Medizinische und natürliche Strahlenexposition | 560 | ||
| 7.10.5 Umweltbedingte Strahlenbelastung | 562 | ||
| 7.11 Grundregeln des Strahlenschutzes | 565 | ||
| 7.11.1 Regeln für beruflich strahlenexponierte Personen | 567 | ||
| 7.11.2 Personendosen und Dosimeter | 569 | ||
| 7.11.3 Kontaminationsmeßgeräte | 576 | ||
| 7.12 Das Gesundheitsrisiko durch den Reaktorunfall in Tschernobyl | 576 | ||
| 8. Medizinische Optik | 582 | ||
| 8.1 Einleitung | 582 | ||
| 8.2 Geschichte der Optik | 583 | ||
| 8.2.1 Quantentheorie des Lichtes | 584 | ||
| 8.3 Einheiten der Licht-Strahlung | 585 | ||
| 8.4 Wechselwirkungen Welle-Materie und Welle-Welle | 586 | ||
| 8.4.1 Reflexion | 588 | ||
| 8.4.2 Absorption, Extinktion | 591 | ||
| 8.4.3 Streuung | 593 | ||
| 8.4.4 Transmission | 593 | ||
| 8.4.5 Polarisation | 594 | ||
| 8.4.6 Beugung und Brechung, Dispersion, Interferenz | 595 | ||
| 8.5 Abbildung durch Linsen und Spiegel | 603 | ||
| 8.5.1 Abbildungsfehler | 608 | ||
| 8.5.2 Korrigierte optische Systeme | 612 | ||
| 8.6 Ultraviolettes Licht | 613 | ||
| 8.7 Das menschliche Auge als optisches System | 618 | ||
| 8.7.1 Optischer Aufbau des Auges | 620 | ||
| 8.7.2 Optische Fehler des menschlichen Auges | 625 | ||
| 8.7.3 Fehlsichtigkeit | 628 | ||
| 8.7.4 Sehschärfe | 632 | ||
| 8.7.5 Tages- und Nachtsehen | 636 | ||
| 8.8 Medizinische Mikroskoptechniken | 643 | ||
| 8.8.1 Numerische Apertur | 645 | ||
| 8.8.2 Auflösungsvermögen | 646 | ||
| 8.8.3 Köhler-Beleuchtung | 647 | ||
| 8.8.4 Abbe-Theorie der Bildentstehung | 648 | ||
| 8.8.5 Optische Kontrastierungsverfahren | 650 | ||
| 8.8.6 Differential-Interferenzkontrast (DIC) | 651 | ||
| 8.8.7 Polarisations- und Reflexionskontrast | 652 | ||
| 8.8.8 Fluoreszenzmikroskopie | 654 | ||
| 8.8.9 Mikroskopie und Video-Techniken | 655 | ||
| 8.8.10 Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie | 657 | ||
| 8.9 Medizinische Laseranwendungen | 657 | ||
| 8.9.1 Entstehung von Laserstrahlen | 657 | ||
| 8.9.2 Eigenschaften von Laserstrahlung | 663 | ||
| 8.9.3 Optische Fasersysteme | 664 | ||
| 8.9.4 Lasertypen | 665 | ||
| 8.9.5 Lasergefahren | 668 | ||
| A. Farbtafeln | 672 | ||
| Index | 678 |