Physik Flashcards
Einheit Kraft
Newton = J/m
Einheit Druck
Pascal = N/m^2
Einheit Energie,Arbeit,Wärme
Joule = Nm
Einheit Leistung
Watt = J/s = V x A
Einheit Ladung
Coulomb = As
Einheit Spannung
Volt = J/C = W/A
Einheit Kapazität
Farad = C/V
Einheit Widerstand
Ohm = V/A
mmHg
= Torr
1 mmHg = 133 Pa
Fahrenheit
32°F = 0 °C
212 °F = 100 °C
bar
1 bar = 100.000 Pa
Kalorie
1 cal = 4,18 J
Größen des Skalarprodukts
- am größten bei 0°
- 0 bei 90°
- am kleinsten bei 180°
Größen des Vektorprodukts
- am größten bei 90°
- 0 bei 0°/180°
- am kleinsten bei 270°
Unterschied Wechselwirkungsgesetz - Kräftegleichgewicht
- Wechselwirkungsgesetz: Kraft und Gegenkraft wirken an 2 unterschiedlichen Körpern
- Kräftegleichgewicht: Kraft und Gegenkraft wirken an 1 Körper
Standfestigkeit
umso höher, je größer die Standfläche und je näher diese unter dem Schwerpunkt liegt
- > Schwerpunkt innerhalb der Standfläche: standfest
- > Schwerpunkt außerhalb der Standfläche: kippt um
Arten der Verformung
- Dehnung
- Kompression
- Scherung
- Biegung
- Torsion
Spannungsdiagramm
1) linearer Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung
2) elastische Verformungen
3) plastische Verformungen, Spannungsverfestigung
4) Bruch
Arten von Stoßprozessen
- elastischer Stoß: komplette kinetische Energie wird übertragen, unterschiedliche Geschwindigkeiten der Körper
- unelastischer Stoß: kinetische Energie wird teilweise in innere Energie (z.B. Wärme, Verformung) umgewandelt, Geschwindigkeiten der Körper sind gleich
Varianten der erzwungenen Schwingung
- Erregerfrequenz > Eigenfrequenz: Amplitude verkleinert sich, je größer die Abweichung
- Erregerfrequenz < Eigenfrequenz: Amplitude vergrößert sich, je größer die Annäherung
- Erregerfrequenz = Eigenfrequenz: Resonanz
- Erregerfrequenz variiert: chaotische Schwingung
- unharmonische Schwingung
Reflexion am festen und losen Ende
- festes Ende: Phasensprung
- loses Ende: kein Phasensprung
beidseitig/einseitig eingespannte Saite
- beidseitig: Knotenpunkt an beiden Befestigungen; Gesamtlänge = gerades Vielfaches der Grundfrequenz
- einseitig: Knotenpunkt an 1 Befestigung; Gesamtlänge = ungerades Vielfaches der Grundfrequenz
Mach’scher Kegel
- aufgestaute Wellenfront mit hoher Intensität -> Stoßwelle
- Geschwindigkeit des Senders > Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle
Wie lange steigt die Flüssigkeit bei der Kapillarattraktion?
bis die potenzielle Energie der Oberflächenenergie entspricht
Wie lange wird ein Tropfen am Kapillarumfang gehalten?
bis die Gewichtskraft die Haltekraft übersteigt
Wie lange steigt die Sinkgeschwindigkeit einer Kugel in einer Flüssigkeit?
bis die Differenz aus Gewichtskraft und Auftriebskraft der Reibungskraft entspricht
Definition Influenz
Ladungstrennung durch Einfluss eines geladenen Körpers in der Nähe (z.B. Leiterplatten im Kondensator)
technische und physikalische Stromrichtung
- technisch: Protonen wandern vom Plus- zum Minuspol
- physikalisch: Elektronen wandern vom Minus- zum Pluspol
Spannung und Stromstärke bei Reihen- und Parallelschaltung
Stromstärke bleibt bei Reihenschaltung gleich, Spannung bleibt bei Parallelschaltung gleich
Definition Hall-Spannung
Auftreten einer elektrischen Ladung in einem stromdurchflossenen Leiter, wenn dieser sich in einem Magnetfeld befindet
Faraday’sches Gesetz
- Bewegung eines Magneten in eine Spule: Erzeugung von Induktionsspannung und Strom
- Lenz’sche Regel: induzierter Strom erzeugt wiederum ein Magnetfeld, das seiner Ursache (= dem magnetischen Fluss) entgegengerichtet ist
Vergleich kapazitiver und induktiver Blindwiderstand
- kapazitiver Widerstand sinkt mit steigender Frequenz
- induktiver Widerstand steigt mit steigender Frequenz
Planck’sches Gesetz
- Ausübung von Kräften auf geladene Teilchen durch elektrisches Feld, welches durch Ladungsseparation entsteht -> Teilchenstrom in Richtung des Potenzialgradienten
- Teilchengeschwindigkeit abhängig von Mobilität und Valenz
- Teilchenstromdichte ist abhängig von Konzentration
gemessener Ionenstrom beim Aktionspotenzial
- Depolarisation: negativer Ionenstrom, da Natriumkonzentration extrazellulär abnimmt (Ruhepotenzial: 61 mV)
- Repolarisation: positiver Ionenstrom, da Natriumkonzentration extrazellulär zunimmt
Rheobase
minimal erforderliche Reizstärke, die erforderlich ist, um ein AP auszulösen
Chronaxie
minimal erforderliche Zeit, über die ein Reiz mit doppelter Rheobasestärke fließen muss, um ein AP auszulösen
Differenzverstärker
Verstärkung der Spannungsdifferenzen zwischen 2 Eingangsspannungen
Gleichtaktunterdrückung
- gibt an, wie sich die Ausgangsspannung ändert, wenn beide Eingangsspannungen um den selben Faktor verändert werden (im Idealfall: keine Veränderung)
- gleich große Störungen an Eingangsspannungen werden durch Differenzbildung eliminiert
Filter
- Hochpassfilter: hohe Frequenzen passieren
- Tiefpassfilter: niedrige Frequenzen passieren
- Bandpassfilter: tiefere/höhere Frequenzen jenseits der Grenzfrequenz werden abgeschwächt (f0 passiert)
- Bandsperre: tiefere/höhere Frequenzen jenseits der Grenzfrequenz passieren (f0 wird abgeschwächt)
Grenzfrequenz
Frequenz, bei der es zur Reduktion der Ausgangsspannung um 3dB auf 71% kommt
Eingangsamplitude
Digitalisierung von Werten in bestimmten Spannungsbereich (beim Überschreiten kommt es zu Fehlern)
Amplitudenauflösung
Eingangswert wird auf Z=2^n Stufen abgebildet -> innerhalb der Stufen können keine Wertedifferenzen mehr unterschieden werden (Quantisierungsfehler)
Abtastrate
Wie viele Messwerte werden pro Sekunde benötigt, um das Signal korrekt darzustellen?
Welche Form besitzt die Depolarisationswelle im Extrazellulärraum?
biphasisch
- positives Potenzial vor der Wellenfront
- negatives Potenzial im steilen Bereich der Wellenfront
Phasen des EKG
- P-Welle: Depolarisation der Vorhöfe
- QRS-Komplex: Depolarisation der Kammern
- T-Welle: Repolarisation der Kammern
Wann ist die makroskopische Approximation erfüllt?
Abstand der Ableitung zur Quelle muss größer sein als die räumliche Ausdehnung des Dipols (r > d)
Projektionsgesetz
= Projektion des Dipolvektors auf den Ableitungsvektor
- 0°: Maximum
- 90°: keine Potenzialdifferenz
- 180°: Minimum
Ebenen der Standardableitungen
- Frontalebene: 3 Einthoven-Ableitungen, 3 Goldberger-Ableitungen
- Transversalebene: 6 Wilson-Ableitungen
- Sagittalebene: V2, aVF
Bestimmung des Lagetyps ohne Winkellage
- Bestimmung der Ableitung mit dem größtem QRS-Komplex
- benachbarte Ableitung mit größerer Auslenkung bestimmt den Lagetyp
Winkellagen der Ableitungen
0°: I 60°: II 120°: III -30°: +aVL 30°: -aVR 90°: aVF
Lagetypen
- Linkstyp: -30° bis 30°
- Indifferenztyp: 30° bis 60°
- Steiltyp: 60° bis 90°
- Rechtstyp: 90° bis 120°
- überdrehter Rechtstyp: 120° bis - 150°
- überdrehter Linkstyp: -150° bis -30°
mögliche Elektrodenkonfigurationen bei Nervenreizung
- 2 indifferente (gleich große) Elektroden: Stromdichte in Mitte am größten
- 1 indifferente + 1 differente (kleinere) Elektrode: Stromdichte an differenter Elektrode am größten
Varianten des Herzschrittmachers
- Festfrequenz: ventrikuläre Stimulation bei AV-Block
- kammergesteuert: bei fehlender QRS-Komplex
- vorhofgesteuert: Detektion der P-Welle und Stimulation im Ventrikel
Defibrillation
Terminierung von Kammerflimmern/-flattern durch gleichzeitige Depolarisation aller Herzzellen
Kardioversion
Terminierung von Vorhofflimmern/-flattern durch Schockabgabe während des QRS-Komplexes
Grenzwerte für Stromwirkung
- Wahrnehmung: 1mA
- Reizwirkung: 10 mA
- Loslassschwelle: 20 mA
- Schock: 30 mA
- Bewusstlosigkeit: 50 mA
- steigendes Herztodrisiko: > 50 mA
Unterscheidung von Feldern nach Frequenz
- Niederfrequenz: 0 Hz - 30 kHz
- Hochfrequenz: 30 kHz - 300 GHz
- Ultrahochfrequenz: 300 GHz - 30 EHz
biologische Wirkung von magnetischen NF-Feldern
- Entstehung von Wirbelfeldern im Körper -> entlang der Feldlinien entstehen Wirbelströme
- lokale Stromdichte abhängig von Leitfähigkeit und Feldstärke
elektrischer Schwingkreis
- vollständige Ladung des Kondensators und Aufbau eines Magnetfeldes in der Spule
- Entladung des Kondensators, Selbstinduktion der Spule (Kondensator wird wieder aufgeladen)
- Umladung des Kondensators durch Lenz’sche Regel
Dipolantenne
- Frequenzerhöhung durch Verkleinerung von Kapazität und Induktivität (Hertz-Oszillator)
- elektrisches und magnetisches Feld sind räumlich nicht mehr voneinander getrennt -> Abstrahlung einer elektromagnetischen Welle
Absorption einer Welle
- steigt mit höherer Frequenz (niedrige Frequenzen können tiefer ins Gewebe eindringen)
- Reflexion an Grenzflächen bedingt starke Erwärmung
Arten der Halbwertszeit
- physikalisch: Zeit, nach der nur noch die Hälfte der ursprünglichen Substanz vorhanden ist
- biologisch: Zeit, nach der die Hälfte der ursprünglichen Substanz ausgeschieden worden ist
- effektiv: Zeit, nach der die Hälfte der ursprünglichen Substanz eliminiert wurde
Isotope, Isobare, Isotone, Isomere
- Isotope: gleiche Protonenzahl, unterschiedliche Massenzahl
- Isobare: gleiche Massenzahl, unterschiedliche Protonenzahl
- Isotone: gleiche Neutronenzahl, unterschiedliche Protonenzahl
- Isomere: gleiche Massenzahl, unterschiedliche energetische Zustände
Bewegung in der Nuklidkarte
- a-Zerfall: 2 nach links, 2 nach unten
- ß-Zerfall: 1 nach links, 1 nach oben
- ß+Zerfall: 1 nach rechts, 1 nach unten
Halbwertsdicke
Dicke eines Materials, die bei Gamma- oder Röntgenstrahlung die Intensität um die Hälfte reduziert
Prozesse bei direkt ionisierender Strahlung
- Stoßionisation: 1 Elektron wird durch Aufbringen der Ionisationsenergie herausgeschlagen
- Bremsstrahlung: Energie = Verlust der kinetischen Energie des abgebremsten Teilchens (inelastisch)
- charakteristische Photonenstrahlung: 1 Elektron aus innerer Schale wird herausgeschlagen
Prozesse bei indirekt ionisierender Strahlung
- Photoeffekt: Übertragung der gesamten Energie der elektromagnetischen Strahlung auf 1 Elektron
- Compton-Effekt: Übertragung eines Teils der Energie der elektromagnetischen Strahlung auf 1 Elektron (inelastisch)
- Paarbildung: Erzeugung eines Elektron-Positron-Paares
verwendete Nuklide in der Nuklearmedizin
- Szintigraphie: Iod, Technecium
- Myokarddurchblutung: Technecium
- Knochenszintigraphie: Strontium
- Ventilation, Durchblutung: Xenon
- PET: Fluor, Sauerstoff
Einflussgrößen für die Bildqualität einer Röntgenaufnahme
- Schwärzung: je größer S, desto stärker die Abschwächung des Lichts
- Kontrast: je größer der Schwärzungsunterschied, desto größer der Kontrast
- Schärfe: Streustrahlenraster
Einflussgrößen der Röntgenaufnahme
- Einschaltdauer: je länger, desto größer die Schwärzung
- Heizspannung: je größer, desto höher die Flussdichte/Intensität und desto größer die Schwärzung
- Röhrenspannung: je größer, desto höher die Photonenenergie und desto größer die Schwärzung
- Fokusgröße: je kleiner, desto größer die Schärfe
Wie groß ist die Anodenspannung bei der Röntgenröhre?
10 kV - 500 kV
Messung ionisierender Strahlung
- Gas-Ionisations-Detektoren
- Szintillations-Detektoren
- Thermolumineszenz-Detektoren
- biologische Detektoren
Arten von Gas-Ionisations-Detektoren
- Ionisationskammer
- Proportionalzählrohr
- Geiger-Müller-Zählrohr
Arten von Szintillations-Detektoren
- Flüssigszintillations-Zähler: Vermischung von radioaktiver Substanz mit Szintillationsflüssigkeit
- Festkörperszintillations-Zähler: Halbleiterszintillator; gebundene Elektronen werden kurzzeitig zu Leitungselektronen
Einheit der Energiedosis
Gray (J/kg)
Einheit der Äquivalentdosis
Sievert (J/kg)
Proportionalitäten des Abstandsquadratgesetzes
- Abstand indirekt proportional zu Flussdichte und Intensität
- Abstand direkt proportional zu Fläche
Unterschied Ton, Klang und Geräusch
- Ton: harmonische Sinusschwingung
- Klang: Überlagerung mehrerer Sinusschwingungen mit unterschiedlichen Amplituden und Frequenzen
- Geräusch: unendlich viele Einzelschwingungen mit nichtperiodischem Schwingungsverlauf
Rauschen
- weißes Rauschen: besitzt keine Tonhöhe und keinen Rhythmus
- Bandpassrauschen: Filterung aller Frequenzanteile des weißen Rauschens bis auf einen bestimmten Bereich
Wertebereich des Schallpegels für das menschliche Gehör
0 dB (20 μPa) - 120 dB (20 Pa)
- Verdreifachung des Schalldrucks: Erhöhung des Schallpegels um 10 dB
- Verzehnfachung des Schalldrucks: Erhöhung des Schallpegels um 20 dB
Amplitudenmodulation
- Grundschwingung bestimmt Tonhöhe und Lautstärke
- modulierende Schwingung: Amplitude bestimmt Größe der Lautstärkeänderung, Modulationsfrequenz bestimmt Geschwindigkeit der Lautstärkeänderung
Frequenzmodulation
- Grundschwingung bestimmt Tonhöhe und Lautstärke
- modulierende Schwingung: Amplitude bestimmt Größe der Frequenzänderung, Modulationsfrequenz bestimmt Geschwindigkeit der Frequenzänderung
Impedanzanpassung
Vermeidung von Reflexionsverlusten (aufgrund Wechsel des Ausbreitungsmediums) durch Anpassung der Schallwellenwiderstände
Freifeld
Schallfeld, das in Abwesenheit der hörenden Person vorhanden ist (ohne Reflexionsverluste)
Übertragungsfunktionen des Ohrs
- Freifeldübertragungsfunktion
- interaurale Übertragungsfunktion
- Übertragungsfunktion des äußeren Gehörgangs
- Übertragungsfunktion des Mittelohrs
- Übertragungsfunktion des Innenohrs
- Übertragungsfunktion der Reiztransformation
Wie viele Gene umfasst das humane Genom?
ca. 30.000 (in Theorie ca. 3 Mio, aber hoher nicht-codierender Anteil)
Wie lange benötigt die Synthese eines Proteins durchschnittlich?
20 s
Wie lange würde der Transfer eines größeren Proteins (> 100 kDa) durch Diffusion über eine zelluläre Distanz von 10 cm benötigen?
mehrere Jahre
Wie groß ist die elektrische Feldstärke in einer Nervenzellmembran bei einer Potenzialdifferenz von 100 mV?
ca. 200 kV/cm (1 Gewitterwolke x 100)
Wie lange dauert der passive Konzentrationsausgleich für Na+ (Ce/Ci = ca 10) über die Plasmamembran einer Zelle (d = 20 µm) ?
mehr als 100 Jahre
Wie ändert sich die intrazelluläre Na+ - Konzentration durch Na+ - Einstrom beim Aktionspotenzial (innerhalb 1 ms) ?
fast gar nicht (< 1%)
Wie viele Na+ - Kanäle werden in der Standardzelle benötigt, um ein typisches Aktionspotenzial (Vm = 100 mV) zu generieren?
< 10^4 (0,001 % der gesamten Zellproteine)
Wie groß ist der Energiebedarf für die Ruheleistung des Herzens im Vergleich zum Grundumsatz?
5-10%
Mechanismen der Wärmeübertragung
- Wärmeleitung: Wärmefluss durch Festkörper
- Konvektion: Wärmefluss zwischen Festkörper und Flüssigkeit/Gas
- Wärmestrahlung: Emission elektromagnetischer Strahlung bei Absorption von Wärme
- Evaporation: Verdunstungskälte (z.B. beim Schwitzen)
Lichtgrößen der Optik
- Lichtstrom (lm): von einem Strahler in einen Raum abgegebene Strahlungsleistung
- Beleuchtungsstärke (lx = lm/m2): auf eine Fläche auftreffender Lichtstrom
- Lichtstärke (cd): Lichtstrom bezogen auf einen Raumwinkel
- Leuchtdichte (cd/m2): Lichtstärke bezogen auf die Größe der strahlenden Fläche
Gesetz von Malus
Intensität einer linear polarisierten Welle nach dem Durchgang durch einen Polarisationsfilter, deren Polarisationsrichtung um einen bestimmten Winkel zur Polarisationsrichtung des Filters verdreht ist
optisch aktive Substanzen
Stoffe, die die Schwingungsebene einer einfallenden linear polarisierten Lichtwelle rotieren lassen (z.B. Zucker, Weinsäure)
Brewster-Winkel
Winkel eines einfallenden unpolarisierten Lichtstrahls, bei dem ein reflektierter linear polarisierter Strahl entsteht, der senkrecht zum gebrochenen Strahl steht
Polarisation durch Doppelbrechung
- außerordentlicher Strahl: Polarisationsebene parallel zur Hauptebene, abhängig vom Einfallswinkel
- ordentlicher Strahl: Polarisationsebene senkrecht zur Hauptebene, unabhängig vom Einfallswinkel
Bildeigenschaften bei dünnen Sammellinsen
- g > 2f: umgekehrt, reell, verkleinert
- g = 2f: umgekehrt, reell, gleich groß
- f < g < 2f: umgekehrt, reell, vergrößert
- g < f: aufrecht, virtuell, vergrößert
sphärische Linsen
- Sammellinsen: positive Brechkraft und Brennweite
- Zerstreuungslinse: negative Brechkraft und Brennweite
Bildeigenschaften bei Spiegeln
- Planspiegel: aufrecht, virtuell, gleich groß
- Konkavspiegel: umgekehrt, reell (g > f) oder aufrecht, virtuell (f > g)
- Konvexspiegel: aufrecht, virtuell
Abbildungsfehler
- sphärische Aberration: achsenferne Strahlen werden stärker gebrochen
- chromatische Aberration: kürzere Wellenlängen werden stärker gebrochen
- Astigmatismus: Abbildung von Lichtstrahlen in 2 Brennlinien bei Linsen mit unterschiedlichem Krümmungsradius
- Schärfentiefe: Bereich der Gegenstandsweite, in dem die Bildscheibchen kleiner sind als ein maximal zulässiger Kreis
Wann erreichen die Sinneszellen auf der Netzhaut ihr Maximum?
- Stäbchen (skotopisches Sehen): Wellenlängen bei 500 nm
- Zapfen (photopisches Sehen): Wellenlängen bei 550 nm
Kollektor
- erzeugt das Bild der Lichtquelle
- kritische Beleuchtung: Abbildung auf Objektebene
- Köhlersche Beleuchtung: Abbildung auf Brennebene des Kondensors
Kondensor
- Abbildung der Lichtquelle in hinterer Brennebene des Objektivs
- System aus mehreren Sammellinsen
- bestimmt Helligkeit und Auflösungsvermögen
Blenden im Mikroskop
- Leuchtfeldblende: nach dem Kollektor, bestimmt die Größe des ausgeleuchteten Feldes
- Aperturblende: vor dem Kondensor, bestimmt den Öffnungswinkel
- Gesichtsfeldblende: in der Zwischenbildebene, beschränkt das Gesichtsfeld
Kenngrößen der Mikroskopie
- Vergrößerung: ergibt sich aus Produkt der Vergrößerung von Okular und Objektiv
- Sehfeld: Durchmesser des sichtbaren Bereichs
- Auflösungsvermögen: begrenzt durch Beugungserscheinungen
- numerische Apertur: Maßzahl für Bildhelligkeit
- Schärfentiefe: Dicke der Ebene im Fokus
Kontrastentstehung der Mikroskopie
- Amplitudenkontrast: unterschiedliche Absorption im Objekt
- Phasenkontrast: unterschiedliche Brechungsindizes
- Polarisationsmikroskop: Objekte mit doppelbrechenden Eigenschaften
- Differentialinterferenzkontrast: 2 unterschiedlich polarisierte Lichtstrahlen breiten sich nah beieinander aus
Fluoreszenzmikroskopie
- Anregungsfilter selektiert Anregungswellenlänge
- dichriotischer Spiegel lenkt Anregungslicht auf Objekt
- Anregung der Fluorophore im Präparat -> Emission von Licht mit größerer Wellenlänge (= Epifluoreszenz)
- Sperrfilter selektiert Fluoreszenzwellenlänge, welche vom menschlichen Auge wahrgenommen wird
Unterschiede Elektronenmikroskop - Lichtmikroskop
- Elektronenquelle statt Lichtquelle
- Wehneltzylinder statt Aperturblende
- elektromagnetische Linsen statt optischer Linsen
- Vakuum im Mikroskop
Streuungsarten
- elastisch: keine Energieänderung
a) Mie-Streuung: Objektgröße > Wellenlänge
b) Rayleigh-Streuung: Objektgröße < Wellenlänge - inelastisch: Energieänderung
a) Raman-Streuung
Interaktion von elektromagnetischen Wellen im Gewebe
- Photobiomodulation: Infrarotstrahlung
- photochemische Reaktionen: photodynamische Therapie, PUVA
- thermische Interaktion: Koagulation, Vaporisation, Karbonisierung
- Photoablation: Aufbrechen molekularer Verbindungen
- Plasma-induzierte Ablation: Beschleunigung von Elektronen und Stoßionisation
- Photodisruption: plasma-shielding
Funktionsweise des Lasers
1) Besetzungsinversion: Teilchen des aktiven Materials werden durch elektrischen Gleichstrom in angeregten Zustand versetzt
2) stimulierte Emission: Emission elektromagnetischer Strahlung sorgt bei anderen Atomen ebenfalls für Strahlungsemission
3) Endspiegel und Auskoppelspiegel sorgen für Bündelung des Laserstrahls
Gasgesetze
- Boyle-Mariotte: pV = const.
- Gay-Lussac: V/T = const.
- Amontons: p/T = const.
- allg. Gasgesetz: pV = nRT
Verschattungen und Aufhellungen
- Verschattung: heller Bereich im Negativfilm
- Aufhellung: dunkler Bereich im Negativfilm
Tracer-Prinzip
= Applikation von radioaktiven Stoffen, um Organfunktionen zu untersuchen
1) Verteilung des Pharmakons mittels Trägersubstanz
2) Messung + Quantifizierung der Strahlung mittels Bildgebung
3) Therapie: lokale Zerstörung von Gewebe durch emittierte Strahlung
Kenngrößen der Ultraschalldiagnostik
- Periodendauer
- Frequenz: 1- 20 MHz
- Wellenlänge: 0,15 - 1 mm
- Ausbreitungsgeschwindigkeit: 1540 m/s
- Intensität: 10 - 50 mW/cm2 (Grenzwert: 100 mW/cm2)
Bildentstehung beim Ultraschall
- A-Modus: Reflexionspulse werden in Form von Amplituden eingebracht
- B-Modus: Reflexionspulse werden in Form von Helligkeitsstufen übersetzt (je heller, desto stärker die Reflexion)
- M-Modus: Reflexionspulse werden in Bewegungen übersetzt (Weg-Zeit-Diagramm einer Zeile aus dem B-Mode)
Definition TGC-Verstärkung
sorgt dafür, dass Echos mit weiter zurückgelegten Strecken nicht abgeschwächt werden
Wechselwirkung von UItraschall mit Materie
- Reflexion: sorgt für Bildentstehung, diffuse Reflexion bei unebenen Grenzflächen
- Streuung: Speckle-Muster
- Brechung
- Absorption: Intensitätsverlust (je höher die Frequenz, desto höher die Absorption), axiale und laterale Auflösung
Scannertypen beim Ultraschall
- Linearscanner: lineare Ausstrahlung mit naturgetreuer Darstellung (z.B. oberflächennahe Strukturen)
- Curved Scanner: divergente Ausstrahlung mit leichten Verzerrungen
- Sektorscanner: Drehung der Schallgeber erzeugt starke divergente Ausstrahlung mit starken Verzerrungen (z.B. Herz-Sono)
Artefakte beim Ultraschall
- Schallschattenartefakt (z.B. hinter Knochen)
- dorsale Schallverstärkung (z.B. hinter Zysten)
- Mehrfachreflexionen (z.B. Grenzfläche Haut-Ultraschallkopf)
- Zystenrandartefakt
- Spiegelartefakt (z.B. Leber vor Zwerchfell)
- Bogenartefakt (z.B. Nebenkeule in Hauptkeule)
- Schichtdickenartefakt
- Rauschen (z.B. Speckle-Muster)
Kontrast
- Objektkontrast: unveränderbar, gegeben durch physikalische Natur des Objektes
- Bildkontrast: veränderbar, Helligkeitsunterschied zwischen 2 Bildpunkten
- Kontrastempfinden = subjektiv
Schärfe
- Kantenschärfe: Übergang zwischen hell und dunkel
- Auflösung: kleinster noch wahrnehmbarer Unterschied zwischen 2 punktförmigen Objekten
- subjektiv: physikalisch nicht definierbar
Parameter von digitalen Bildern
- Matrixgröße: Anzahl der Pixel zur Darstellung des Bildes (je größer die Matrix, desto höher die Auflösung)
- Pixeltiefe: Anzahl der möglichen Grauwerte pro Pixel (je größer die Pixeltiefe, desto feiner die Intensitätsübergänge)
Filteroperationen bei bildgebenden Verfahren
- Fouriertransformation: Umwandlung von Orts- zu Frequenzraum
- inverse Fouriertransformation: Umwandlung von Frequenz- zu Ortsraum
- Tiefpassfilter zur Rauschunterdrückung
- Hochpassfilter zur Kantenbetonung
Heel-Effekt
Bildintensität ist auf Kathodenseite größer als auf Anodenseite (weil nicht nur auf Anodenoberfläche, sondern auch im Inneren Röntgenstrahlung entsteht und diese durch das Anodenmaterial stärker abgeschwächt wird)
Penumbra
- punktförmiger Fokus führt zu scharfen Kanten
- Fokus mit endlicher Ausdehnung (tatsächlich) führt zu Halbschatten -> unscharfe Kanten
Wie kann man Streustrahlung reduzieren?
- Kollimatoren: verhindern, dass Streustrahlung auf den Film trifft
- Blenden: begrenzen Nutzstrahlenbündel
- Änderung des Abstands zwischen Fokus, Patient und Film (Patient näher am Fokus als am Film)
optische Dichte der Röntgenstrahlung
= Maß für die Filmschwärzung
D > 2: hell
0,25 < D < 0,3: transparent
0,5 < D < 2,5: diagnostisch brauchbar
Bildgebungsparameter (CT)
- Hounsfield-Skala: bezieht Absorption der Röntgenstrahlung im Gewebe auf Absorption durch Wasser
- Fensterung: legt fest, welcher Ausschnitt auf Hounsfield-Skala im Bild welche Grauwerte zugewiesen bekommt
- SNR: Rauschen abhängig von Anzahl der auf den Röntgendetektor treffenden Photonen
- Filter-/Faltungskern: beeinflusst Auflösung, Rauschen und Kontrast
- Schichtdicke: dünne Schicht bedingt schlechteres SNR, dicke Schicht bedingt besseres SNR
Entwicklung des CT
- Generation: kollimierte Röntgenstrahlen, nur Schädel
- Generation: 10°-Röntgenstrahl, mehrere Detektoren
- Generation: 30°-Röntgenstrahl, Detektor-Kreissegment
- Generation: 30°-Röntgenstrahl, stationärer Detektorring
- Elektronenstrahltomographie: keine bewegten Teile -> Elektronenkanone
- Spiral CT: kontinuierlicher Tischvorschub, Pitch-Faktor
- Multi-Slice-CT: Kombination von Detektoren -> mehrere Schnitte bei jeder Umdrehung
- Dual-Source-CT: 2 um 90° versetzt rotierende Röntgenquellen
Artefakte beim CT
- Metall-Artefakte: Entstehung von Streifen
- Teilvolums-Artefakte: verursacht durch Knochen
- Aufhärtungs-Artefakte: Strahlungsaufhärtung bedingt Cupping-Effekt
- geometriebedingte Artefakte: Verzerrungen bei nicht.-kreisrunden Objekten
Signalgewinnung beim MRT
- Hochfrequenzimpuls bedingt transversale Magnetisierung (Impulsfrequenz = Protonenfrequenz)
- Messung der Magnetisierungsvektoren vor Rückkehr in den Ausgangszustand
Relaxation
- longitudinale Relaxation: Wiederaufbau der Längsmagnetisierung durch Rückkehr der Spins auf energetisch günstigeres Niveau
- transversale Relaxation: Zerfall der Transversalmagnetisierung durch Spin-Spin-Wechselwirkung (= Wechselwirkung der Spins untereinander)
TR und TE beim MRT
- TR = Zeit zwischen 2 Anregungen (Einstellung des longitudinalen T1-Kontrasts)
- TE = Zeit zwischen Anregung und Messung (Einstellung des transversalen T2-Kontrasts)
T1-gewichtetes Bild
- TR kurz: 300-700 ms
- TE kurz: < 20 ms
-> Flüssigkeiten erzeugen schwächeres Signal als Feststoffe aufgrund längerer T1-Zeit -> DUNKLER
T2-gewichtetes Bild
- TR lang: 2.000 ms
- TE lang: < 50 ms
-> Flüssigkeiten erzeugen stärkeres Signal als Feststoffe aufgrund längerer T2-Zeit -> HELLER
Anwendungsgebiete des MRT
- Angiographie: Darstellung von Blutgefäßen
- Spektroskopie: Identifikation von Metaboliten
- funktionelle MRT: z.B. aktivierte Hirnareale
- Diffusions-MRT: z.B. Abbau von Myelinscheiden
- Perfusion
- Elastographie
Grundumsatz des Menschen pro Tag
80 - 100 W
Hellfeld und Dunkelfeld
- Hellfeld: Licht wird im Präparat absorbiert -> Hintergrund hell
- Dunkelfeld: Licht wird abgelenkt -> Hintergrund dunkel
Eigenschaften des Bildes beim Mikroskop
reell, umgekehrt, vergrößert
An welcher Stelle soll das mit dem Mikroskop zu analysierende Objekt liegen?
knapp vor dem Brennpunkt des Objektivs
