Medicinsk Fysik, 7,5 hp, vt 2013

Transkript

1 Medicinsk Fysik, 7,5 hp, vt 2013 FAFF35 Kursprogram Kurshemsida Kursansvariga sik_fr_bme/ Stefan Andersson Engels (e-post: Kristina Eriksson Stenström (e-post: Michael Ljungberg (epost: Kurslitteratur Kursen är problemorienterad och består av 3 delavsnitt: Energilära och termodynamik (ansvarig Kristina Eriksson Stenström), Joniserande strålning (ansvarig Michael Ljungberg) samt Medicinsk laserfysik (ansvarig Stefan Andersson Engels). Kurslitteratur som rekommenderas: Energilära och termodynamik Föreläsningar Seminarier Övningar Case Energi- och miljöfysik, del 1 (Nina Reistad): kompendium som säljs i samband med föreläsningarna. Innehåller även övningsuppgifter. Häfte i hydromekanik (Kristina Eriksson Stenström): tillgängligt via hemsidan. Innehåller även övningsuppgifter. Joniserande strålning Joniserande strålnings växelverkan med materia (Hallstadius-Hertzmann): tillgängligt via kurshemsidan Powerpoint-presentationer: tillgängligt via kurshemsidan Medicinsk Laserfysik (all litteratur finns länkad på hemsidan) PhD-thesis Ann Johansson, pp 1-16, PhD thesis Erik Alerstam, pp 7-18 Laser-Tissue Interactions: E. Victor Ross, Nathan Uebelhoer; in Lasers in Dermatology and Medicine: Keyvan Nouri (editor) Chapter 6. Reflectance Spectroscopy: Sasha McGee, Jelena Mirkovic, Michael Feld; in Handbook of Biomedical Optics: David A. Boas, Constantinos Pitris, and Nimmi Ramanujam (editors) Chapter 9. Broadband Diffuse Optical Spectroscopic Imaging: Bruce J. Tromberg, Albert E. Cerussi, So-Hyun Chung, Wendy Tanamai, Amanda Durkin; in Handbook of Biomedical Optics: David A. Boas, Constantinos Pitris, and Nimmi Ramanujam (editors) Powerpoint-presentationer För dig som vill ha ett standardverk i fysik rekommenderar vi University Physics av Young och Freedman, "University Physics" av Benson eller "Physics for Scientists and Engineers" av Tipler och Mosca. Kristina Eriksson Stenström (KS), Michael Ljungberg (MJ) och Stefan Andersson Engels (SAE). Föreläsningarna i salar enligt schema på hemsidan. Ett tillfälle kommer vi att ägna åt problemlösning i seminarieform (se nästa sida). Kristina Stenström (KS), Kevin Fissum (KF), Jan Pallon (JP), Mikael Elfman (ME), Stefan Andersson Engels (SAE), Michael Ljungberg (MJ) Övningarna sker i sal H221. Ta med papper, penna och miniräknare. En övning är datorövning i datorsal H212. Tre av de fem övningsövningstillfällena gällande temat Joniserande strålning är i form av obligatoriska case-studier. En dosimetrisk studie för en av ett antal olika radionuklider ska göras på egen hand. Genomgång av hur denna ska utföras kommer 1

2 att ske under det första övningstillfället (se Övningar, Joniserande strålning, s. 4). Denna studie ska sedan redovisas muntligen inför gruppen. Då alla på grund av tidsbrist inte kan redovisa kommer det i samband med själva redovisningen att lottas vem som ska redovisa. Alla ska således vara beredda att hålla en muntlig redovisning. Alla ska dessutom lämna in sin redovisning (Powerpoint eller motsvarande) för att få godkänt på momentet. Laborationer I kursen ingår 2 laborationer: Kretsprocesser samt Gammaspektroskopi. Laborationsschemat hittar du på s. 5. Laborationsinstruktioner kommer att distribueras via kursens hemsida. Du ansvarar själv för att du får tillgång till pappersutskrift av instruktionerna. Laborationerna är obligatoriska och pågår i 5 timmar. Vid laborationens början ska du skriftligen och muntligen kunna redogöra för samtliga förberedelseuppgifter. Inlämningsuppgift Sjukanmälan gör du före laborationstillfället till kurslaboratoriets sekreterare Kerstin Nilsson på telefon Indelning i laborationsgrupper sker på första föreläsningen (obligatoriskt). Obligatorisk inlämningsuppgift Ljusutbredning i vävnad som utförs individuellt eller i grupp om 2 studerande. Denna uppgift utförs i MatLab. Datorer I samband med laborationen Kretsprocesser kommer vi att använda beräkningsverktyget MatLab. På kurshemsidan finns ett häfte med introduktion till MatLab (lösenord meddelas via e-post). Undervisningslokalerna och biblioteksområdet på Fysiska institutionen är utrustat med ett trådlöst nätverk. Som student kan du via nätverket och via undervisningsdatorerna koppla upp dig på LTHs nätverk via ditt STIL-konto. Examination För godkänd kurs krävs: godkänd skriftlig tentamen, godkända laborationer (förberedelseuppgifter, genomförande och redovisning av laborationerna Kretsprocesser och Gammaspektroskopi), godkänt deltagande i datorsimulering Växelverkan, godkänd redovisning av Case (joniserande strålning), godkänd hemuppgift Ljusutbredning i vävnad. Skriftlig tentamen sker mån den 11/3 kl 8-13 (Vic:3A), tors den 4/4 kl (Fys:H421) samt tors 29/8 kl 8-13 (Fysicum). Vid tentamenstillfällena den 4/4 och 29/8 gäller anmälningsplikt. Föranmälan: tentamen@fysik.lth.se, ange namn, kurs och tentamenstillfälle. 2

3 FAFF35 Föreläsningar (F) och seminarier (S) V F/S Dag Tid FL Avsnitt 4 F 1 Må 21/ KS Introduktion: avstamp, information om kursen, gruppindelning, försäljning av kompendier. Energi: arbete, rörelse- och lägesenergi, effekt, energiprincipen, energiomvandlingar, människans energiförbrukning. F2 Ti 22/ KS Gaser och vätskor: Gaser,andning, tryck, koncentration, luftföroreningar, fluider, strömning, blodtryck. F 3 To 24/ KS Termiska egenskaper och energiprincipen: temperatur, värme, fasövergångar, inre energi, värmekapacitet, 1:a huvudsatsen, tillståndsändringar. 5 F 4 Må 28/ KS Energiomvandling: 2:a huvudsatsen, värmemaskiner, kretsprocesser, Carnotprocessen, Stirlingprocessen. F 5 To 31/ KS Energitransport: Jämvikt, fortvarighetstillstånd, värmeledning, värmeövergång, strålning, isolering, uppvärmning/avkylning, fysiologisk temperatur. 6 S1 Må 4/ KS Seminarium 1: Repetition Energilära och termodynamik. F 6 To 7/ MJ Introduktion: radioaktivitet, strålslag (alfa, beta, gamma), sönderfallsserier, mätning av strålning (detektorer). 7 F 7 Må 11/ MJ Fotoners och neutroners växelverkan: attenuering, fotoaabsorption, comptonspridning, koherent spridning, parbildning, tvärsnitt, neutroner. F 8 To 14/ MJ Laddade partiklars växelverkan: Processer, bromsstrålning, stopping-power, braggpeak. 8 F9 Må 18/ MJ Strålningsdosimetri och biologiska effekter: Definition av absorberad dos, interndosimetri, strålningsbiologi, stokastiska och deterministiska effekter, riskfilosofi. F10 To 21/ MJ KS Accelerator och exempel på deras tillämpningar inom klinisk verksamhet och forskning: Linjäracceleratorer, strålbehandling, cyklotroner, radiofarmakaproduktion, elektrostatiska acceleratorer, mikrodosering, synkrotronljusanläggningar, MAX-lab, ESS 9 F11 Må 25/ SAE Introduktion till Biomedicinsk Optik - tillämpningar av biomedicinsk optik, vad är spridning och absorption Spridning spridningskeofficient, tvärsnittsyta, densitet av spridare, fria medelväglängden, fasfunktion, reducerad spridningskoefficient, Rayleigh och Mie spridning. Absorption energinivåer, kvantnummer, elektroniska nivåer, vibrationsnivåer, rotationsnivåer, i en fri molekyl. Vad händer när molekylerna kommer nära varandra? Komplicerade molekyler. Övergångar mellan olika energinivåer. Absorption coefficient, absorbans, Beer-Lamberts lag, vävnadskromoforer, albedo, Kramers- Kronig relationen och hur den kommer in i vävnadsoptiken. Fluorescens processen, parametrar av intresse för att särskilja olika fluoroforer. F12 To 28/ SAE Biomedicinsk Optik: Ljusutbredning i turbida media, Maxwells ekvationer ger vågutbredning, transportekvationen ger energitransport om vågeffekterna har försvunnit. Generaliserad Beer-Lamberts lag, effektiv vägstrecka, diffusion, Laser Safety ögon, hud, Boulnois ljus-vävnads växelverkan, laserkirurgi absorptionsspektra, pulslängd. 10 F13 Må 4/ SAE Diagnostiska tillämpningar av biomedicinsk optik: Mätning av absorption i vävnad tillämpning puls-oximetri, tekniker för ljusutbredning, kvantitativ diffus reflektionsspektroskopi. Mer sofistikerade modeller för att beskriva ljuspropagering i vävnad (diffusion, Monte Carlo, FEM). Mer sofistikerade metoder för att mäta absorption och spridning oberoende av varandra (ptofs, FD). F14 To 7/ SAE Behandlingstillämpningar av biomedicinsk optik: Ljus-vävnad växelverkningar, laserkirurgi, värmebehandling, fotodynamisk tumörterapi, vikten av att kunna planera behandlingsresultat och dosimetri. 3

4 FAFF35 Övningar Övningar, Energilära och termodynamik (ur Energi- och miljöfysik, del 1, samt ur häfte Hydromekanik) V Ö Dag F/R On 23/1 K2: 1, 4 K2: 6, 7, 13, 15 K2: 16, 23 K2: 28, 29 2 Fre 25/1 K3: 1, 2, 5 K3: 7, 8, 10, 13, 14, 17 K3: 11, 19, 20, 23, 26 K3: 28 kl Hydromekanik: 1,2 Hydromekanik: 3, 4, 5 Hydromekanik: 6, 7 Hydromekanik: On 30/1 K4: 1, 3 K4: 4, 5, 6, 12 K5: 2, 6 K4: 15, 17, 18, 19, 22, 23 K5: 9, 11 K5: 15 4 Fre 1/2 6 5 Ons 6/2 K6: 2 K6: 4, 5, 8, 11, 12, 14, 16 K6: 9, 17, 19, 23, 27 K6: 24, 33, 36 K7: 1, 2, 3 K7: 5, 6, 11, 12, 13, 14 K7: 18, 20, 24, 35 K7: 19, 32, 34, 35 Övningar, Joniserande strålning V Ö Dag 6 6 Fre 8/2 7 7 Tis 12/2 8 Fre 15/2 Kl h övning: Beräkning av radioaktivt sönderfall och seriesönderfall 2 h övning: Datorsimulering av partiklars växelverkan. 2 h övning. Strålskydd och riskuppskattningar. Kombinerad föreläsning och övning. 8 9 Ons 20/2 10 To 28/2 Kl h övning. Introduktion till eget arbete om riskberäkningar för kliniska studier med radioaktiva läkemedel. 2 h övning. Muntlig redovisning av resultaten från den egna övningen (Case). 4

5 Övningar, Medicinsk Laserfysik V Ö Dag 9 11 Ons 27/2 Absorption, spridning, Beer- Lamberts lag, Fluorescenslivstid, kvanteffektivitet Absorption i komplicerade molekyler. Vibrationsspektroskopi (IR, Raman). Beräkna koncentration av kromofor. Absorbans. Frågor som berör elektromagnetisk optik 12 To 28/2 Kl Ons 6/3 14 To 7/3 Kl To 7/3 Kl Generaliserad Beer-Lamberts lag, puls oximetri, Vågekvationen från Maxwells ekvationer Kramers-Kronig relationen och hur denna kommer in i vävnadsoptiken Frågor och diskussion relaterade till MatLab hemuppgift Tillämpningsuppgifter diagnostik, inversa problemet Tillämpningsuppgifter ljus-vävnads växelverkan, terapi FAFF35 Laborationer Kretsprocesser Sal H210B Gammaspektroskopi Sal B118 Grupp Handl. Grupp Handl. 1 To 31-jan ML 1 To 14-feb AE 2 To 31-jan EN 2 On 20-feb AE 3 On 30-jan ML 3 To 21-feb AE 4 On 30-jan EN 4 Fr 22-feb MB 5 Fr 1-feb ML/EN 5 Fr 1-mar MB Handledare: Handledare: Mikael Ljungholm (ML) Axel Eriksson (AE) Emil Nylander (EN) Maciek Borysiuk (MB) 5