Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Fundamentals of Medical Physics
Course of study:
2017/2018
Code:
JFM-1-602-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Medical Physics
Semester:
6
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Matusiak Katarzyna (Katarzyna.Matusiak@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Matusiak Katarzyna (Katarzyna.Matusiak@fis.agh.edu.pl)
Module summary

W trakcie realizacji modułu student będzie miał możliwość zdobycia wiedzy dotyczącej teoretycznych i praktycznych aspektów pracy fizyka medycznego.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Student potrafi w sposób konstruktywny współpracować w zespole opracowującym projekt modelu procesu biomedycznego FM1A_K02, FM1A_K06, FM1A_K02 Project,
Participation in a discussion
M_K002 Student angażuje się w rozwiązywanie prostych zagadnień z zakresu fizyki medycznej np. opracowanie modelu kardiostymulatora lub automatycznego defibrylatora zewnętrznego. FM1A_K12, FM1A_K07 Activity during classes,
Project
Skills
M_U001 Student potrafi przeanalizować sposób działania, ocenić i przedstawić swoje stanowisko w zakresie rozwiązań technicznych stosowanych w wybranych aparatach i urządzeniach medycznych. FM1A_U04, FM1A_U17, FM1A_U04 Activity during classes,
Project
M_U002 Student potrafi posługiwać się metodami doświadczalnymi do rozwiązywania zagadnień z zakresu fizyki medycznej. FM1A_U09, FM1A_U09, FM1A_U11 Activity during classes,
Project
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę o podstawowych wielkościach fizycznych i metodach ich pomiaru, służących do opisu procesów biomedycznych FM1A_W02, FM1A_W02 Activity during classes,
Test,
Project
M_W002 Student ma wiedzę z zakresu nowoczesnych metod diagnostycznych i terapeutycznych stosowanych w wybranych jednostkach chorobowych. FM1A_W10, FM1A_W04, FM1A_W10, FM1A_W09, FM1A_W04, FM1A_W09 Activity during classes,
Test,
Project
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student potrafi w sposób konstruktywny współpracować w zespole opracowującym projekt modelu procesu biomedycznego - - - + - - - - - - -
M_K002 Student angażuje się w rozwiązywanie prostych zagadnień z zakresu fizyki medycznej np. opracowanie modelu kardiostymulatora lub automatycznego defibrylatora zewnętrznego. + - - + - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi przeanalizować sposób działania, ocenić i przedstawić swoje stanowisko w zakresie rozwiązań technicznych stosowanych w wybranych aparatach i urządzeniach medycznych. + - - + - - - - - - -
M_U002 Student potrafi posługiwać się metodami doświadczalnymi do rozwiązywania zagadnień z zakresu fizyki medycznej. + - - + - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę o podstawowych wielkościach fizycznych i metodach ich pomiaru, służących do opisu procesów biomedycznych + - - - - - - - - - -
M_W002 Student ma wiedzę z zakresu nowoczesnych metod diagnostycznych i terapeutycznych stosowanych w wybranych jednostkach chorobowych. + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:

1. Sprzężenie zwrotne i sterowanie (3 godz.)
Zależność między zmiennymi procesu oddychania (ciśnienie parcjalne CO2 , szybkość wentylacji, różne zapotrzebowanie na tlen) w stanie stacjonarnym. Określenie punktu pracy. Kontrola zmiennej. Homeostaza. Metabolizm. BMR. Elementy kontroli (detektory i efektory) dla regulacji temperatury ciała ludzkiego. Elementy kontroli i regulacji poziomu glukozy w krwi.

2.Eksponencjalny wzrost i spadek (2 godz.)
Wzrost populacji bakterii i spadek w wyniku sterylizacji, wzrost populacji ludzi i spadek w wyniku choroby.Transport substancji przez błonę. Zanik sygnału bioelektrycznych.

3.Układ oddechowy (2 godz.)
Drogi oddechowe. Perfuzja i wentylacja. Mechanizm oddychania. Podstawowe wielkości spirometryczne statyczne i dynamiczne. Podatność płuc. Opór dróg oddechowych. Pojemność tlenowa i saturacja. Respirator. Płuco-serce.

4.Układ krążenia (2 godz.)
Budowa układu sercowo-naczyniowego. Parametry opisujące dynamikę serca i metody ich pomiaru. Praca wykonywana przez serce. Prawo Bernoulli’ego i równanie ciągłości w układzie krążenia. Pomiar ciśnienia tętniczego krwi.

5.Rodzaje sygnałów biomedycznych i metody ich pomiaru (2 godz.)
Sygnały bioelektryczne. Sygnały bioakustyczne. Sygnały biomechaniczne. Sygnały biochemiczne. Sygnały biomagnetyczne. Sygnały biooptyczne. Sygnały bioimpedancyjne.

6. Elektryczność w ciele ludzkim (3 godz.)
Układ nerwowy i budowa neuronu. Potencjał elektryczny w nerwach. Sygnały elektryczne z mięśni – elektromiogram. Sygnały elektryczne z serca – elektrokardiogram. Sygnały elektryczne z mózgu – elektroencefalogram. Elektryczne sygnały z oka – elektroretinogram i elektrookulogram. Sygnały magnetyczne z serca i mózgu – magnetokardiogram i magnetoencefalogram.

7. Fizjologiczna rola nerek (2 godz.)
Budowa nefronu. Proces filtracji. Sztuczna nerka.

8. Podstawy fizyczne wybranych metod diagnostyki obrazowej (4 godz.)
Rentgenodiagnostyka. Medycyna nuklearna. Ultrasonografia.

Project classes:

Głównym celem tej części modułu jest opracowanie i przedstawienie (prezentacja + dokumentacja techniczna) własnego rozwiązania problemu dotyczącego wybranego tematu z zakresu podstaw fizyki medycznej.

Realizacja zajęć:
1. Projekt – „nowa” forma. (2 godz.)
- Przedstawienie listy tematów oraz ich omówienie.
- Formy opracowania tematu (np. model matematyczny, model przestrzenny)
- Prezentacja oraz dokumentacja techniczna.
- Przykłady opracowania zagadnień.
- Wybór tematów.

Efekt kształcenia:
- student potrafi wybrać zagadnienie,
- student potrafi wybrać osoby do realizacji zadanego tematu,
- student potrafi dokonać wstępnej analizy sposobu opracowania zagadnienia.

2. Przykłady rozwiązywania problemów z zakresu: sprzężenia zwrotnego ujemnego, eksponencjalnego wzrostu i spadku, układu oddechowego oraz układu krążenia. (2 godz.)

Efekt kształcenia:
- student potrafi wykorzystać przykłady mechanicznych układów z regulacją i kontrolą temperatury do opisu kontroli i regulacji temperatury ciała ludzkiego,
- student potrafi wykorzystać wiadomości z fizjologii i sprzężenia zwrotnego do opisu kontroli poziomu glukozy w krwi.
- student potrafi przedstawić model matematyczny procesu wydalania substancji przez nerki i wprowadzić pojęcie klirensu,
- student potrafi przedstawić model matematyczny opisujący przeżywalność kobiet i mężczyzn po zawale mięśnia sercowego.
-student potrafi wykorzystać znajomość funkcjonowania układu oddechowego do zaprojektowania mechanicznego modelu płuc,
-student potrafi wykorzystać znajomość funkcjonowania układu oddechowego do zaprojektowania elektrycznego (obwód RLC) modelu płuc.
-student potrafi wykorzystać wiadomości do opisu elektrycznej stymulacji serca (zasada działania rozrusznika),
-student potrafi przedstawić matematyczny opis pracy wykonywanej przez serce i oszacować sprawność (wydajność) serca.

3. Prezentacje własnych rozwiązań (4 godz.)

Efekty kształcenia:
- student potrafi współpracować w grupie podczas opracowywania wybranego tematu,
- student potrafi przygotować prezentacje dotyczącą wybranego tematu,
- student potrafi przygotować dokumentację techniczną.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 56 h
Module ECTS credits 2 ECTS
Participation in lectures 20 h
Realization of independently performed tasks 15 h
Preparation for classes 5 h
Participation in project classes 8 h
Completion of a project 8 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena z ćwiczeń projektowych obliczana jest jako średnia arytmetyczna z następujących ocen: ocena z prezentacji, ocena z dokumentacji technicznej oraz ocena z aktywności.

Oceny z ćwiczeń projektowych (P) i kolokwium (K) zaliczeniowego wykładu obliczane są następująco: procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.Ocena końcowa (OK) jest jako średnia ważona ocen z kolokwium (K) zaliczeniowego wykładu i ćwiczeń projektowych (P) obliczana wg wzoru:
OK = 0.6 x K + 0.4 x P

Prerequisites and additional requirements:

- Podstawowe wiadomości z anatomii i fizjologii człowieka
- Podstawowe wiadomości z fizyki
- Znajomość statystyki Poissona
- Znajomość praw dyfuzji i procesów transportu

Recommended literature and teaching resources:

· Pawlicki G., Podstawy inżynierii medycznej. Warszawa, Oficyna Wydawnicza PW, 1997

·Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000 / pod red. Macieja Nałęcza ; t. 9 : Pawlicki G., Pałko T., Golnik N., Gwiazdowska B., Królicki L. (red. Tomu), Fizyka medyczna. Polska Akademia Nauk. — Warszawa : Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 2002.

· Russell J., Hobbie K., Intermediate Physics for Medicine and Biology. 3rd Edition, New York, Springer Verlag, 1997.

· Benedek G.B., Villars F.M.H., Physics with Illustrative Examples From Medicine and Biology, Mechanics. 2nd Edition, New York, Springer Verlag, 2000.

· Benedek G.B., Villars F.M.H., Physics with Illustrative Examples From Medicine and Biology, Electricity and Magnetism. 2nd Edition, New York, Springer Verlag, 2000.

· Benedek G.B., Villars F.M.H., Physics with Illustrative Examples From Medicine and Biology, Statistical Physics. 2nd Edition, New York, Springer Verlag, 2000.

Literatura uzupełniająca:

· Kate S.A., Introduction to Physics In Modern Medicine. London, Taylor&Francis, 2003.

· Herman I.P., Physics of the Human Body. Berlin Heidelberg, Springer Verlag, 2007.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1. K.Matusiak, A.Patora, A.Jung: “Comparison of MCP-Ns and MCP-N detectors usefulness for beta rays detection” Radiation Measurements 102 (2017) 10-15
2. K.Matusiak, A.Patora, A.Jung: ”The influence of pre- and post-irradiation annealing on LiF:Mg,Cu,P stability” Radiation Protection Dosimetry Radiation Protection Dosimetry (2016), Vol. 171, No. 3, pp. 346–350
3. K.Matusiak, J. Kosek: “Dedicated computer software to radiation dose optimization for the staff performing nuclear medicine procedures” NUKLEONIKA (2012) vol. 57 no. 4 pp.497-502
4. K. Matusiak, M. Wasilewska-Radwańska, A.Stepień:„Dynamic Heart Phantom for the Quality Control of SPECT Equipment” European Journal of Medical Physics 24 (2008). Vol. 24, Issue 2, pp. 112-116

Additional information:

Sposób wyrównywania zaległości związanych z nieobecnością studenta na zajęciach projektowych.
Nieobecność na jednych zajęciach wymaga od studenta przedłożenia prowadzącemu stosownego usprawiedliwienia oraz samodzielnego opanowania omawianego w tym dniu materiału.
Student, który bez usprawiedliwienia opuścił ćwiczenia projektowe, może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości wyrównania zaległości, a tym samym nie uzyskać zaliczenia.