Elektromagnetické pole živých organismů

Vztahy:

Předmět F7ABBEMP lze klasifikovat až po úspěšné klasifikaci předmětu F7ABBBLS

Předmět F7ABBEMP lze klasifikovat až po úspěšné klasifikaci předmětu F7ABBLPZ1

Garant předmětu:

Jan Vrba

Přednášející:

Jan Vrba

Cvičící:

Ondřej Fišer, Jan Vrba

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

Statické a quasi-statické elektrické a magnetické pole, elektromagnetické pole - základní fyzikální poznatky a rovnice. Elektrické a magnetické vlastnosti biologických tkání. Elektrická, magnetická a elektromagnetická stimulace v medicíně. Anatomické a fyziologické základy bioelektromagnetismu. Bioelektrické zdroje a vodivé prostředí. Integrální vztahy elektrodynamiky bioelektrických polí, elektrodynamické aspekty matematického modelování elektrokardiografie a elektroencefalografie. Topografická koncepce bioelektrických a biomagnetických měření. Metody a techniky měření. Rozhraní člověk-robotická náhrada končetiny.

Požadavky:

Přípustná je jedna absence; v případě dlouhodobé nemoci je třeba domluvit náhradu s vedoucím cvičení.

Úspěšné absolvování zápočtového testu. Počet otázek v testu je 10. Všechny otázky budou mít stejnou váhu a za odpověď získá student až 10 bodů. Minimální počet bodů pro získání zápočtu je 50 a výsledná známka je dána stupnicí ECTS (max. 100 bodů).

Osnova přednášek:

1.Statické a quasi-statické elektrické a magnetické pole, elektromagnetické pole - základní fyzikální poznatky a rovnice, materiálové vztahy, okrajové podmínky, platnosti aproximací. Úvod do problematiky bioelektromagnetického pole. Aplikace teorie elektromagnetického pole v biologii. Anatomické a fyziologické základy bioelektromagnetismu.

2.Klidový membránový potenciál. Fyzikální vyjádření membránový potenciál - Nernstova rovnice. Elektrický model buněčné membrány. Elektrické parametry buněk. Elektrické vlastnosti buněčné membrány.

3.Podstata vzniku klidového membránového potenciálu. Fyzikální vyjádření MP - rovnice G-H-K. Podstata vzniku a šíření akčního potenciálu. Průmět akčního potenciálu do extracelulárního prostředí neuronu. Metody a techniky měření elektrické aktivity buněk, měřicí metoda „terčíkový zámek“, měřicí metoda „napěťový zámek“, můstková metoda.

4.Elektrické, magnetické a elektromagnetická stimulace organismu. Transkraniální magnetická, elektrická a přímá kortikální stimulace, numerické metody pro výpočet rozložení elektrického a magnetického pole.

5.Vznik a šíření vzruchu srdečním svalem, převodní systém srdeční. Teorie elektrokardiografických svodů, povrchové potenciály. Definice objemového prostředí, modelování zdrojů a vodičů, pole dipólu. Inverzní úloha. Mapování elektrické aktivity. Biomagnetické měření.

Osnova cvičení:

1.Měření amplitudy magnetického pole vytvořého pomocí Helmholtzových cívek Hallovou sondou. Vizualizace směru magnetického pole pomocí matice magnetických dipólů. Teorie a experimentální ověření působení elektrických a magnetických sil na pohybující se elektricky nabité částice pomocí elektronek.

2.Měření rychlosti šíření akčních potenciálů nervovým vláknem žížaly pomocí přípravků firmy Backyard Brains.

3.Měření EMG pomocí přípravků firmy Backyard Brains.

4.Numerické výpočty elektrických a magnetických stimulací v prostředí Sim4Life a COMSOL Multiphysics.

5.Mapování elektrické aktivity srdce. Měření povrchových potenciálů na hrudi dobrovolníka pomocí přístroje Procardio.

Cíle studia:

Cílem je seznámit studenty s obecnými základy teorie elektrického a magnetického pole, s podstatou a významem vzniku elektromagnetických polí v prostředí živého organismu a s vlivy elektromagnetických polí na živé organismy. Seznámit studenty se způsoby modelováním těchto polí a jejich zdrojů přímou a inverzní metodou, s modelováním na různých strukturálních úrovních organismu.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] European Virtual Campus for Biomedical Engineering, EVICAB [online]. Finland, Helsinky. 2009. [cit. 04-05-2019] Available from: http://lehre-svn.emsp.tu-berlin.de/Evicab/

ROSELLI, Robert J. a Kenneth R. DILLER. Biotransport: principles and applications. New York: Springer, 2011. ISBN 978-1-4419-8118-9

Doporučená literatura:

[1] TITOMIR, L. I., KNEPPO, P. Bioelectric and Biomagnetic fields, Boca Raton, CRC Press, 1994.

[2] MALMIVUO, J., PLONSEY, R. Bioelectromagnetism - Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic Fields [online]. New York, Oxford University Press 1995. [cit. 14-05-2019] Dostupné z: http://www.bem.fi/book/index.htm

[3] REILLY, J. Patrick. Applied bioelectricity: from electrical stimulation to electropathology. New York: Springer, c1998. ISBN 0-387-98407-0.

[4] Cell physiology sourcebook: essentials of membrane biophysics. Fourth edition. Editor Nick SPERELAKIS. Amsterdam: Academic Press, 2012. ISBN 978-0-12-387738-3.

[5] AIDLEY, David J. The physiology of excitable cells. Fourth edition. Cambridge: Cambridge University Press, 1998. ISBN 0-521-57421-8.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út	místnost KL:B-433 Fišer O. Vrba J. 12:00–13:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. KI a MZT místnost KL:B-126 Fišer O. Vrba J. 12:00–13:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. Bio-elektromagnetizmu
St
Čt	místnost KL:B-420 Vrba J. 14:00–15:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Učebna
Pá

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Prospectus - bakalářský (!)
• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika v aj (povinně volitelný předmět)
• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika v aj (povinně volitelný předmět)