Относительная биологическая эффективность ионизирующих излучений.
1. Относительная биологическая эффективность ионизирующих излучений. Коэф. качества. Эквивалентная доза. Эффективная эквивалентная доза. Взвешивающий фактор (коэф. радиоактивного риска).
Эквивалентная доза Н. Опыты показали, что при одинаковой поглощенной дозе биологический эффект облучения существенно зависит от вида ионизирующего излучения. Для учёта этого фактора введена эквивалентная доза Н=kD, где k – коэф. качества излучения. При одинаковой эквивалентной дозе биологический эффект будет одинаковым не зависимо от вида излучения. СИ: 1Зиверт (Зв)=1Дж/кг, 1Зв=100бэр. Внесистемная 1бэр=0,01Зв. Бэр – биологический эквивалент рада. Для определения коэф. качества k излучения (относительной биологической эффективности ОБЭ) необходимо сравнить поглощенные дозы, вызывающие одинаковый биологический эффект, при воздействии исследуемым и эталонным ионизирующими излучениями. За эталон принимают рентгеновское излучение с энергией квантов 180-200кэВ. kизл=ОБЭ=Dэтал/Dиссл. В качестве стандартного биологического эффекта часто используют полулетальную дозу ЛД=50/30 – поглощенная доза, при которой в течение 30 суток погибает 50% подопытных животных. Коэф. качества имеет значения: для рентгеновского, у- и β-излучения k=1; для α-частиц с энергией, меньше 10МэВ, k=20; для протонов k=10; для нейтронов с энергией 0,1-5МэВ k=3-10.
Эффективная эквивалентная доза Нэф учитывает разную чувствительность органов и тканей к действию ионизирующих излучений. Если известны дозы, полученные отдельными органами, то Нэф для организма равна Нэф=∑ωiHi (Зв).Чувствительность i органа к воздействию характеризует взвешивающий фактор ωi (коэф. радиационного риска). Чем он больше, тем опаснее облучение для данного органа. Он представляет собой отношение верочтного риска летального исхода про облучении органа в некоторой эквивалентной дозе к риску смерти от равномерного облучения всего организма в той же эквивалентной дозе. Человек получает в среднем эквивалентную дозу облучения около 400мбэр/год. Предельно допустимая эквивалентная доза при профессиональной деятельности – 5бэр/год.
2. Что такое реография (импедансная плетизмография)? Каковы основные принципы реализации этого диагностического исследования?
Реография (импедансная плетизмография) – метод исследования состояния сосудистой системы путём регистрации периодических изменений импеданса ткани. Омическое сопротивление ткани зависит от степени их кровенаполнения. При увеличении кровенаполнения ткани ее омическая составляющая R импеданса уменьшается, а при уменьшении кровенаполнения – увеличивается. Рассмотрим участок ткани между двумя электродами. Омическое сопротивление R= pL/S= pL2/V. На постоянном токе и на токах низких частот проводить измерения нельзя по соображениям безопасности. На высоких частотах >100кГц емкостное сопротивление стремится к 0 и тогда Z=R=1/Vкр. При постоянной токе из-за большого сопротивления кожи =1МОм практически невозможно зарегистрировать малые изменения общего высокого сопротивления цепи. Важнейшим фактором, определяющим электрическое сопротивление кожи, является толщина рогового слоя эпидермиса и его состояние. Если неороговевающие слои эпидермиса содержат до 70% воды, то роговой слой – лишь 10%, что обуславливает его высокое сопротивление. Но при выделении пота и при наложении влажных электродных прокладок роговой слой может впитывать воду, что снижает его сопротивление. Прокладки налаживают также для устранения прижигающего действия тока под сухими электродами. При увеличении площади электрода переходное сопротивление кожа-электрод уменьшается, но при этом увеличиваются помехи от биопотенциалов работающих мышц. Применяется переменный ток частотой 40-150кГц, что позволяет выделить из общего сопротивления цепи переменный компонент ее омической составляющей.
3. Человек с нормальной остротой зрения различает 2 точки предмета при расстоянии между ними А=0,075мм, если предмет расположен на расстоянии наилучшего зрения. Если же предмет будет находиться на расстоянии 2м от глаза, то каким будет наименьшее различимое глазом расстояние между 2 точками предмета?
Zгл=dφmin=250мм*3*10-4=75мкм. Zгл=dφmin=2000мм*3*10-4=0,6мм.
4. Запишите выражение для силы Лоренца и силы Ампера. На что они действуют и как направлены?
На электрический заряд q, движущийся со скоростью v в магнитном поле индукцией В, действует сила Лоренца, которая определяется выражением Fл=qvBsinα, где α – угол между векторами скорости и магнитной индукции. Направление силы Лоренца на положительный заряд определяется правилом левой руки: если расположить левую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а 4 пальца левой руки направить вдоль вектора скорости, то оттянутый на 900 большой палец покажет направление силы Лоренца. Если заряд отрицательный, то направление силы Лоренца противоположно. Св-ва силы Лоренца: 1) она всегда перпендикулярна плоскости, в которой лежат векторы скорости и магнитной индукции, значит перпендикулярна каждому из них; 2)магнитное поле не действует на заряд, движущийся параллельно вектору магнитной индукции, так как в этом случае α=0 и Fл=0; 3) сила Лоренца max, если заряд движется перпендикулярно линиям магнитной индукции (sin 900=1). Благодаря этим св-вам электрический заряд q массой m, влетевший в однородное магнитное поле перпендикулярно линии индукции В, будет двигаться по окружности, поскольку сила Лоренца будет создавать центростремительное ускорение: qvB=mv2/R, тогда R=mv/qB, период и частота вращения не зависят от скорости и определяются св-вами заряда (q/m) и индукцией: T=2πR/v=2πm/qB; v=1/T=qB/2πm. Если заряд влетит под углом 0<α<900, то будет двигаться по винтовой проекции Rв=mvsinα/qB и шагом h=Tvcosα=2πmvcosα/qB.
На проводник с током I длиной l в магнитном поле индукцией В действует сила Ампера FA=IBlsinα, где α – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. Определяется правилом левой руки: если расположить левую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а 4 пальца направить вдоль вектора тока, то оттянутый на 900 большой палец покажет направление силы Ампера. Св-ва: 1) она всегда перпендикулярна плоскости, в которой лежат векторы силы тока и магнитной индукции, значит перпендикулярна каждому из них; 2)магнитное поле не действует на проводник с током, параллельный вектору магнитной индукции, так как в этом случае α=0 и FА=0; 3) сила Ампера max, если проводник с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции (sin 900=1).
5. Для чего необходимо знать частоту пропускания усилителя и как ее определить?
Если частотный спектр усиливаемого сигнала полностью попадает в полосу пропускания, то частотные искажения сигнала при усилении незначительны, не влияют на диагностическую ценность кривых и считаются допустимыми. Если же спектр усиливаемого сигнала хотя бы частично выходит за пределы полосы пропускания усилителя, то частотные искажения будут значительны и такой усилитель не пригоден для усиления данного сигнала. Полоса пропускания усилителя – область частот в пределах которой коэф. усиления не ниже 0,7Kmax. Коэф. усиления – отношение амплитуды сигнала на выходе к амплитуде на входе: K=Рвых/Рвх=Uвых/Uвх=Iвых/Iвх.
6. Назовите известные вам методы определения вязкости жидкости. Сопоставьте их достоинства и недостатки.
Вискозиметры – приборы для определения вязкости биологических жидкостей.
Метод Стокса (метод падающего шарика - только в технике, нужен V>1л).
Сила тяжести: F=mg=4/3πr3pg; Сила Архимеда: FA=4/3πr3pжg; Сила трения: Fтр=6πηrv.
При достижении равномерного движения сила тяжести становится равной сумме силы трения и силы Архимеда: 4/3πr3pg=4/3πr3pжg+6πηrv. Определяем искомую вязкость η=2(р-рж)r2g/9v.
Скорость движения шарика определяется экспериментально. Для этого измеряют время t, за которое шарик равномерно проходит в жидкости расстояние L: v=L/t.
Капиллярные методы. Вискозиметр Оствальда. U-образная трубка. Объемы вытекшей эталонной жидкости (воды) и исследуемой жидкости из верхней полости вискозиметра Оствальда объёмом V равны: V=πr4p0ght0/8η0L= πr4pght/8ηL. Отсюда вязкость исследуемой жидкости η=рtη0/p0t0.
Для определения вязкости проб крови часто используют вискозиметр Гесса, в котором определяют не время истечения жидкости из капилляра, а расстояние L0 и L, на которые перемещаются вода и кровь за одно и тоже время. η=η0L0/L.
Ротационный метод (малое кол-во крови).Этот метод позволяет определить вязкость при различных скоростях сдвига, и поэтому позволяет определить зависимость вязкости от скорости сдвига: η=f(dv/dx). Два цилиндра, внутренний подвешен на нити, внешний может вращаться вокруг своей продольной оси с регулируемой угловой скоростью w. Зазор между цилиндрами наполняют исследуемой жидкостью. Из-за вязкости жидкости при вращении внешнего цилиндра внутренний начинает поворачиваться, достигая равновесия при некотором угле поворота θ=kηw.
Эквивалентная доза Н. Опыты показали, что при одинаковой поглощенной дозе биологический эффект облучения существенно зависит от вида ионизирующего излучения. Для учёта этого фактора введена эквивалентная доза Н=kD, где k – коэф. качества излучения. При одинаковой эквивалентной дозе биологический эффект будет одинаковым не зависимо от вида излучения. СИ: 1Зиверт (Зв)=1Дж/кг, 1Зв=100бэр. Внесистемная 1бэр=0,01Зв. Бэр – биологический эквивалент рада. Для определения коэф. качества k излучения (относительной биологической эффективности ОБЭ) необходимо сравнить поглощенные дозы, вызывающие одинаковый биологический эффект, при воздействии исследуемым и эталонным ионизирующими излучениями. За эталон принимают рентгеновское излучение с энергией квантов 180-200кэВ. kизл=ОБЭ=Dэтал/Dиссл. В качестве стандартного биологического эффекта часто используют полулетальную дозу ЛД=50/30 – поглощенная доза, при которой в течение 30 суток погибает 50% подопытных животных. Коэф. качества имеет значения: для рентгеновского, у- и β-излучения k=1; для α-частиц с энергией, меньше 10МэВ, k=20; для протонов k=10; для нейтронов с энергией 0,1-5МэВ k=3-10.
Эффективная эквивалентная доза Нэф учитывает разную чувствительность органов и тканей к действию ионизирующих излучений. Если известны дозы, полученные отдельными органами, то Нэф для организма равна Нэф=∑ωiHi (Зв).Чувствительность i органа к воздействию характеризует взвешивающий фактор ωi (коэф. радиационного риска). Чем он больше, тем опаснее облучение для данного органа. Он представляет собой отношение верочтного риска летального исхода про облучении органа в некоторой эквивалентной дозе к риску смерти от равномерного облучения всего организма в той же эквивалентной дозе. Человек получает в среднем эквивалентную дозу облучения около 400мбэр/год. Предельно допустимая эквивалентная доза при профессиональной деятельности – 5бэр/год.
2. Что такое реография (импедансная плетизмография)? Каковы основные принципы реализации этого диагностического исследования?
Реография (импедансная плетизмография) – метод исследования состояния сосудистой системы путём регистрации периодических изменений импеданса ткани. Омическое сопротивление ткани зависит от степени их кровенаполнения. При увеличении кровенаполнения ткани ее омическая составляющая R импеданса уменьшается, а при уменьшении кровенаполнения – увеличивается. Рассмотрим участок ткани между двумя электродами. Омическое сопротивление R= pL/S= pL2/V. На постоянном токе и на токах низких частот проводить измерения нельзя по соображениям безопасности. На высоких частотах >100кГц емкостное сопротивление стремится к 0 и тогда Z=R=1/Vкр. При постоянной токе из-за большого сопротивления кожи =1МОм практически невозможно зарегистрировать малые изменения общего высокого сопротивления цепи. Важнейшим фактором, определяющим электрическое сопротивление кожи, является толщина рогового слоя эпидермиса и его состояние. Если неороговевающие слои эпидермиса содержат до 70% воды, то роговой слой – лишь 10%, что обуславливает его высокое сопротивление. Но при выделении пота и при наложении влажных электродных прокладок роговой слой может впитывать воду, что снижает его сопротивление. Прокладки налаживают также для устранения прижигающего действия тока под сухими электродами. При увеличении площади электрода переходное сопротивление кожа-электрод уменьшается, но при этом увеличиваются помехи от биопотенциалов работающих мышц. Применяется переменный ток частотой 40-150кГц, что позволяет выделить из общего сопротивления цепи переменный компонент ее омической составляющей.
3. Человек с нормальной остротой зрения различает 2 точки предмета при расстоянии между ними А=0,075мм, если предмет расположен на расстоянии наилучшего зрения. Если же предмет будет находиться на расстоянии 2м от глаза, то каким будет наименьшее различимое глазом расстояние между 2 точками предмета?
Zгл=dφmin=250мм*3*10-4=75мкм. Zгл=dφmin=2000мм*3*10-4=0,6мм.
4. Запишите выражение для силы Лоренца и силы Ампера. На что они действуют и как направлены?
На электрический заряд q, движущийся со скоростью v в магнитном поле индукцией В, действует сила Лоренца, которая определяется выражением Fл=qvBsinα, где α – угол между векторами скорости и магнитной индукции. Направление силы Лоренца на положительный заряд определяется правилом левой руки: если расположить левую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а 4 пальца левой руки направить вдоль вектора скорости, то оттянутый на 900 большой палец покажет направление силы Лоренца. Если заряд отрицательный, то направление силы Лоренца противоположно. Св-ва силы Лоренца: 1) она всегда перпендикулярна плоскости, в которой лежат векторы скорости и магнитной индукции, значит перпендикулярна каждому из них; 2)магнитное поле не действует на заряд, движущийся параллельно вектору магнитной индукции, так как в этом случае α=0 и Fл=0; 3) сила Лоренца max, если заряд движется перпендикулярно линиям магнитной индукции (sin 900=1). Благодаря этим св-вам электрический заряд q массой m, влетевший в однородное магнитное поле перпендикулярно линии индукции В, будет двигаться по окружности, поскольку сила Лоренца будет создавать центростремительное ускорение: qvB=mv2/R, тогда R=mv/qB, период и частота вращения не зависят от скорости и определяются св-вами заряда (q/m) и индукцией: T=2πR/v=2πm/qB; v=1/T=qB/2πm. Если заряд влетит под углом 0<α<900, то будет двигаться по винтовой проекции Rв=mvsinα/qB и шагом h=Tvcosα=2πmvcosα/qB.
На проводник с током I длиной l в магнитном поле индукцией В действует сила Ампера FA=IBlsinα, где α – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. Определяется правилом левой руки: если расположить левую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а 4 пальца направить вдоль вектора тока, то оттянутый на 900 большой палец покажет направление силы Ампера. Св-ва: 1) она всегда перпендикулярна плоскости, в которой лежат векторы силы тока и магнитной индукции, значит перпендикулярна каждому из них; 2)магнитное поле не действует на проводник с током, параллельный вектору магнитной индукции, так как в этом случае α=0 и FА=0; 3) сила Ампера max, если проводник с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции (sin 900=1).
5. Для чего необходимо знать частоту пропускания усилителя и как ее определить?
Если частотный спектр усиливаемого сигнала полностью попадает в полосу пропускания, то частотные искажения сигнала при усилении незначительны, не влияют на диагностическую ценность кривых и считаются допустимыми. Если же спектр усиливаемого сигнала хотя бы частично выходит за пределы полосы пропускания усилителя, то частотные искажения будут значительны и такой усилитель не пригоден для усиления данного сигнала. Полоса пропускания усилителя – область частот в пределах которой коэф. усиления не ниже 0,7Kmax. Коэф. усиления – отношение амплитуды сигнала на выходе к амплитуде на входе: K=Рвых/Рвх=Uвых/Uвх=Iвых/Iвх.
6. Назовите известные вам методы определения вязкости жидкости. Сопоставьте их достоинства и недостатки.
Вискозиметры – приборы для определения вязкости биологических жидкостей.
Метод Стокса (метод падающего шарика - только в технике, нужен V>1л).
Сила тяжести: F=mg=4/3πr3pg; Сила Архимеда: FA=4/3πr3pжg; Сила трения: Fтр=6πηrv.
При достижении равномерного движения сила тяжести становится равной сумме силы трения и силы Архимеда: 4/3πr3pg=4/3πr3pжg+6πηrv. Определяем искомую вязкость η=2(р-рж)r2g/9v.
Скорость движения шарика определяется экспериментально. Для этого измеряют время t, за которое шарик равномерно проходит в жидкости расстояние L: v=L/t.
Капиллярные методы. Вискозиметр Оствальда. U-образная трубка. Объемы вытекшей эталонной жидкости (воды) и исследуемой жидкости из верхней полости вискозиметра Оствальда объёмом V равны: V=πr4p0ght0/8η0L= πr4pght/8ηL. Отсюда вязкость исследуемой жидкости η=рtη0/p0t0.
Для определения вязкости проб крови часто используют вискозиметр Гесса, в котором определяют не время истечения жидкости из капилляра, а расстояние L0 и L, на которые перемещаются вода и кровь за одно и тоже время. η=η0L0/L.
Ротационный метод (малое кол-во крови).Этот метод позволяет определить вязкость при различных скоростях сдвига, и поэтому позволяет определить зависимость вязкости от скорости сдвига: η=f(dv/dx). Два цилиндра, внутренний подвешен на нити, внешний может вращаться вокруг своей продольной оси с регулируемой угловой скоростью w. Зазор между цилиндрами наполняют исследуемой жидкостью. Из-за вязкости жидкости при вращении внешнего цилиндра внутренний начинает поворачиваться, достигая равновесия при некотором угле поворота θ=kηw.