Učebnice Základy lékařské fyziky srozumitelně popisuje základní fyzikální vztahy a metody, se kterými se student může nejčastěji setkat v klinické nebo experimentální medicíně. Lékařská fyzika je specifická tím, že se zabývá aplikací fyzikálních metod na živý organismus. Je tedy interdisciplinárním vědním oborem, který spojuje fyziku a biologické vědy.
Metody, které jsou v učebnici vysvětleny, se zakládají na různých fyzikálních principech. Některé z nich, např. používání optických zvětšovacích čoček nebo rentgenového záření, jsou známé více než 100 let, jiné nacházejí díky technologickému pokroku uplatnění až v poslední době, jako např. zobrazování magnetickou rezonancí nebo pozitronovou emisní tomografií.
Čtenář by měl po prostudování této knihy získat ucelený přehled o možnostech využití různých fyzikálních metod v medicíně. Měl by být schopen fyzikální vztahy uvedené v učebnici chápat v širších souvislostech a popsané metody aplikovat v jednotlivých lékařských oborech.
1. Stavba hmoty
1.1 Elementární částice, formy hmoty
1.2 Energie
1.3 Kvantové jevy
1.3.1 Kvantová čísla
1.4 Atom vodíku
1.4.1 Spektrum atomu vodíku
1.5 Struktura elektronového obalu těžších atomů
1.6 Excitace, emise a ionizace, vazebná energie elektronu
1.7 Vlnově mechanický model atomu
1.8 Jádro atomu
1.8.1 Vazebná energie jádra
1.8.2 Magnetické vlastnosti jader
1.9 Síly působící mezi atomy
1.9.1 Iontová vazba
1.9.2 Kovalentní vazba
1.10 Hmotnostní spektroskopie
2. Molekulární biofyzika
2.1 Náplň molekulární biofyziky
2.2 Síly působící mezi molekulami
2.3 Skupenské stavy hmoty
2.3.1 Plyny
2.3.2 Kapaliny
2.3.3. Tuhé látky
2.3.4 Skupenství plazmatické
2.3.5 Změny skupenství
2.4 Disperzní systémy
2.4.1 Gibbsův zákon fází
2.4.2 Klasifikace disperzních systémů
2.4.3 Analytické disperze
2.4.4. Koloidní disperze
2.4.4.1 Sedimentace
2.4.4.2 Dialýza
2.4.4.3 Nefelometrie
2.4.4.4 Elektrická dvojvrstva koloidních částic
2.4.4.5 Pohyb koloidních částic v elektrickém poli
2.4.4.6 Lyofilní a lyofobní koloidní roztoky
2.5 Voda jako rozpouštědlo
2.5.1 Polární chování vody
2.5.2 Ostatní fyzikální vlastnosti vody
2.5.3 Těžká voda
2.5.4 Voda v organizmu
2.6 Transportní jevy
2.6.1 Viskozita
2.6.7.1 Kapilární viskozimetry
2.6.1.2 Tělískové viskozimetry
2.6.2 Difuze
2.6.3 Vedení tepla
2.7 Koligativní vlastnosti roztoků
2.7.1 Snížení tenze par
2.7.2 Zvýšení bodu varu – ebulioskopie
2.7.3 Snížení bodu tuhnutí – kryoskopie
2.7.4 Osmotický tlak
2.7.5.1 Význam osmotického tlaku pro živý organizmus
2.8 Jevy na rozhraní fází
2.8.1 Povrchové napětí
2.8.2 Adsorpce
3. Bioenergetika a termodynamika v lékařství
3.1 Základní pojmy a definice
3.1.1 Základní termodynamické pojmy
3.1.2 Práce a teplo
3.1.3 Stavové funkce
3.1.3.1 Vnitřní energie
3.1.3.2 Entalpie
3.1.3.3 Entropie
3.1.3.4 Volná energie
3.1.3.5 Volná entalpie
3.1.4 Chemický potenciál
3.1.5 Měrná tepelná kapacita
3.2 Termodynamika živých systémů
3.3 Transformace a akumulace energie v živých systémech
3.3.1 Tepelné ztráty
3.4 Význam termodynamiky pro transport membránami
3.4.1 Prostá difuze
3.4.2 Elektrodifuze iontů
3.4.3 Přestup iontovými kanály
3.4.4 Pasivní zprostředkovaný transport
3.4.5 Aktivní transport
3.4.6 Skupinový přenos
3.4.7 Endocytósa a exocytósa
3.5 Léčebné užití tepla
3.6 Měření a regulace teploty
3.6.1 Kapalinové teploměry
3.6.1.1 Lékařský teploměr
3.6.1.2 Kalorimetrický teploměr
3.6.1.3 Termistor
3.6.1.4 Termočlánky
3.6.2 Regulace teploty
3.7. Tepelná zařízení
3.7.1 Termostaty
3.7.2 Sterilizátory a autoklávy
3.7.3 Vodní lázně
3.7.4 Temperované operační stoly
3.7.5 Chladicí zařízení
4. Biofyzika elektrických projevů a účinků, elektrické metody
4.1 Základní pojmy a definice
4.1.1 Coulombův zákon, permitivita látek a hydratace
4.1.2 Elektrický potenciál, potenciály na fázovém rozhraní
4.2 Elektrické projevy v živém organismu
4.2.1 Klidový membránový potenciál buňky
4.2.2 Akční potenciál nervového vlákna
4.2.3 Potenciály na ostatních biologických membránách
4.3 Použití elektřiny v lékařské diagnostice
4.3.1 Elektrokardiografie
4.3.2 Ostatní metody
4.4 Elektrický proud
4.4.1 Vedení proudu v organismu
4.4.2 Účinky různých druhů proudu na organismus
4.5.1 Galvanoterapie
4.5.2 Elektroléčba střídavými a přerušovanými proudy
4.5.3 Elektrostimulace
4.5.4 Defibrilace
4.5.5 Vysokofrekvenční terapie
4.5.6 Elektrochirurgie
4.6 Měření elektrických veličin
4.6.1 Měření elektrického napětí
4.6.2 Měření elektrického proudu
4.6.3 Měření elektrického odporu
4.6.4 Osciloskop
4.7 Elektrické fyzikálně chemické metody, definice pH
4.7.1 Potenciometrie
4.7.1.1 Elektrochemický potenciál
4.7.1.2 Elektrody k měření koncentrace vodíkových iontů
4.7.1.3 Elektrody ke stanovení různých látek v roztoku
4.7.1.4 Srovnávací elektrody, spojování elektrod v články
4.7.2 Konduktometrie
5. Biomechanika
5.1 Mechanické vlastnosti tkání
5.1.1 Deformace kostí
5.1.2 Deformace měkkých tkání
5.2 Biofyzika svalů
5.3 Mechanická práce srdce
5.4 Biofyzika krevního oběhu
5.5 Krevní tlak a jeho měření
5.6 Biofyzika dýchání
6. Bioakustika
6.1 Základní pojmy a veličiny
6.2 Dopplerův jev
6.3 Vztah mezi podnětem a počitkem
6.4 Sluchové pole
6.5 Spektrum zvuku
6.6 Biofyzika slyšení
6.7 Teorie slyšení
6.8 Bioelektrické projevy vnitřního ucha
6.9 Akustika hlasu a řeči
6.10 Vyšetření sluchu
6.11 Ultrazvuk
6.11.1 Fyzikální vlastnosti ultrazvukových vln
6.11.2. Účinky ultrazvuku
6.11.3 Terapeutické využití ultrazvuku
6.11.4 Využití akustické energie rázové vlny v terapii
7. Fyzikální základy použití optiky v lékařství
7.1 Světlo
7.1.1 Záření látek
7.1.2 Zdroje světla
7.1.2.1. Luminiscenční zdroje
7.1.2.2 Tepelné zdroje
7.1.2.3 Výbojové zdroje
7.1.2.4 Lasery
7.1.3 Fotometrie
7.2 Interakce světla s prostředím
7.2.1 Fermatův princip
7.2.2 Disperze světla
7.2.3 Rozptyl světla
7.2.4 Absorpce světla
7.2.5 Polarizace světla
7.3 Vlnová optika
7.3.1 Interference světla
7.3.2 Ohyb světla
7.4 Optické zobrazování
7.4.1 Zobrazení odrazem
7.4.2 Zobrazení lomem
7.4.2.1 Vady čoček
7.5 Optické přístroje a metody
7.5.1 Lupa
7.5.2 Mikroskop
7.5.3 Elektronový mikroskop
7.5.4 Endoskopie a klinické využití
7.5.5 Absorpční fotometrie
7.5.6 Spektrální fotometrie
7.5.7 Spektrální analýza
7.5.8 Refraktometrie
7.5.9 Polarimetrie
7.6 Účinek různých druhů světla na organismus
7.6.1 Infračervené záření
7.6.2 Viditelné světlo
7.6.3 Ultrafialové záření
7.7 Optika lidského oka
7.7.1 Hlavní optické části oka
7.7.1.1 Optická soustava oka
7.7.2 Zraková ostrost
7.8 Biofyzika vidění
7.8.1 Struktura sítnice
7.8.2 Citlivost a adaptace oka
7.8.3 Biofyzika čípků
7.9 Refrakční vady oka
7.9.1 Sférická ametropie
7.9.2 Astigmatismus (ametropie asférická)
7.9.3 Akomodace oka
7.10 Korekce očních vad
8. Fyzikální základy použití rentgenového záření v lékařství
8.1 Charakteristika rentgenova záření
8.1.1 Brzdné rentgenové záření
8.1.2 Charakteristické rentgenové záření
8.1.3 Rentgenový přístroj
8.1.3.1 Rentgenová lampa
8.1.3.2 Zdroje anodového a žhavícího napětí.
8.1.3.3 Ovladač
8.1.3.4 Clony
8.1.4 Absorpce rentgenového záření
8.2 Použití rentgenového záření v medicíně
8.3 Ochrana před rentgenovým zářením
9. Radioaktivita a ionizující záření
9.1 Přirozená a umělá radioaktivita
9.1.1 Radioaktivní rozpad
9.1.2 Radioaktivní rovnováha
9.1.3 Radioaktivní řady
9.1.4 Druhy radioaktivního rozpadu
9.1.4.1 Rozpad
9.1.4.3 Záření
9.1.4.4 Kosmické záření
9.2 Zdroje ionizujícího záření
9.2.1 Kladně nabité částice
9.2.1.1 Lineární urychlovače
9.2.1.2 Kruhové urychlovače
9.2.2 Záporně nabité částice – elektrony
9.2.3 Neutrony
9.2.4 Záření
9.3 Interakce záření s hmotou
9.3.1 Interakce záření (alfa)
9.3.2 Interakce záření (beta)
9.3.3 Interakce záření (gama)
9.3.3.1 Fotoelektrický jev
9.3.3.2 Comptonův rozptyl
9.3.3.3 Tvorba elektron-pozitronových párů
9.3.4 Interakce neutronů
9.4 Detekce ionizujícího záření
9.4.1 Ionizační komory
9.4.2 Geiger-Müllerovy počítače
9.4.3 Scintilační počítače
9.4.3.1 Termoluminiscenční detektor
9.4.4 Měření aktivity in vitro
9.4.5 Měření aktivity in vivo
9.4.5.1 Integrální a selektivní detekce záření
9.4.5.2 Speciální detekční soupravy
9.5 Základní dozimetrické veličiny
9.5.1 Osobní dozimetrie
10. Základní zobrazovací metody v medicíně
10.1 Použití rentgenového záření v zobrazování
10.1.1 Kontrast v rentgenových snímcích
10.1.2 Rentgen a počítačová tomografie
10.1.2.1 Skiaskopie
10.1.2.2 Skiagrafie
10.1.2.3 Počítačová tomografie
10.1.2.3.1 Rekonstrukce obrazu
10.1.2.3.2 CT obrazy, Hounsfieldovo číslo
10.1.2.3.3 Části počítačového tomografu
10.1.2.3.4 Rozdělení počítačových tomografů
10.1.2.3.5 Vedlejší účinky rentgenového záření
10.2 Ultrazvukové zobrazování
10.2.1 Generování mechanického vlnění
10.2.2 Diagnostický ultrazvuk
10.2.3 Ultrazvukový obraz
10.2.3.1 Dopplerův jev
10.2.4 Části ultrazvukového přístroje
10.3 Zobrazování magnetickou rezonancí
10.3.1 Princip magnetické rezonance
10.3.2 Jev magnetické rezonance
10.3.3 Relaxační procesy
10.3.3.1 T1 relaxace
10.3.3.2 T2 relaxace
10.3.4. Konstrukce MR obrazu
10.3.5. MR zobrazovací sekvence
10.6. Části MR tomografu
10.4 Zobrazovací metody v nukleární medicíně
10.4.1 Radionuklidy
10.4.2 Gama kamera
10.4.3 Scintigrafie
10.4.4 Jednofotonová emisní tomografie
10.4.5 Pozitronová emisní tomografie
