Grundlagen Biomedizinischer Technik
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Scharfetter
Trajanoski
Prüfung 28. 01. 2005
1. Wie funktioniert der Austausch von Substanzen über Epithelien hinweg?
Über sekundär aktiven Transport: Der Natriumkonzentrationsunterschied ist die Energiequelle. Epithelzellen nutzen diesen um Wasser, Ionen und Nährstoffe aufzunehmen/transportieren. Der sekundär aktive Transport befördert ein Ion passiv entlang seines Konzentrationsgradienten und nutzt dabei die potentielle Energie dieses Gradienten aus, um ein zweites Substrat gegen dessen Konzentrationsgradienten in gleicher Richtung (Symport, z.B. Natrium-Glukose-Symport im Dünndarm) bzw. in entgegen gesetzter Richtung (Antiport, z.B. Kalzium-Natrium-Antiport) zu transportieren Der Cl-Transport kann desweitern von der "Löchrigkeit" des Epithels beeinflusst werden. Bei "leaky"-epithel wird das durch die Interstitialflüssigkeit direkt erledigt, bei "tight" gehen die Ionen über die Zellmembran durch die Zelle in die Extrazellulärflüssigkeit.
2. Wie kann man das Herzzeitvolumen messen (min 2 Verfahren)
- Mit Fick´schem Prizip Q = Qart - Qven (Indikatorflüsse) (invasiv)
Indikatorverdünnung -> Thermodilutionsmethode -> Rechtsherzkatheder
- Impedanzkardiographie (nicht invasiv)
3. Beziehung Reizzeit - Reizdauer bei rechteckförmiger Elektrostimulation einer Nervenfaser. Rheobase?
Stromflussdauer:
Der Reizerfolg ist von der Einwirkungsdauer des Stromes abhängig: ein Strom bestimmter Stärke I muß eine gewisse Zeit t fließen, um die notwendige Depolarisation der Membran zu bewirken. Entscheidend für den Reizeffekt ist die Ladungsverschiebung an der Membran, die sich aus Q=I · t ergibt. Die Auslösung erfolgt also, wenn Q einen Mindestwert überschreitet. Dies bedeutet, daß bei großer Stromstärke nur eine kurze Fluß-dauer, bei kleiner Stromstärke dagegen eine lange Flußdauer erforderlich ist, um die entsprechenden Fasern zu erregen. Dieser Zusammenhang ist auch in der sogenannten Reizzeit-Stromstärke-Kurve (I-t-Kurve) dargestellt. Als Parameter dieser Kurve lassen sich die Chronaxie und die Rheobase bestimmen (Bild nerve_cell_modeling Folie 78)
4. Was ist das Elektromyogram, Welche Signalamplituden sind bei der Oberflächenableitung zu erwarten, und wie wird das EMG gemessen?
Die Elektromyografie (oder -graphie) (EMG) ist eine Methode der medizinischen Elektrodiagnostik, bei der man mit Hilfe von Oberflächenelektroden die Potenzialdifferenzen in großen Muskelfasergruppen misst, die sich als Summe der Aktionspotenziale der einzelnen Muskelzellen ergeben. Mit bipolaren Nadelelektroden hingegen lassen sich auch einzelne Fasern erfassen. Dabei lassen sich Amplituden von einigen Mikrovolt bis zu wenigen Millivolt und Frequenzen von bis zu 30 kHz messen. Zur Ableitung der elektrischen Signale verwendet man bipolare Oberflächen- oder Nadelelektroden. Die Positionierung der Elektroden entscheidet darüber, von wie vielen Muskelzellen und von welchen Muskelgruppen ein Signal gemessen wird. Die genaue Bestimmung der Muskelgruppe, die man untersuchen will, ist für eine medizinische Auswertung von besonderer Bedeutung, um Krankheiten genau lokalisieren zu können. Andernfalls würden EMG-Werte von anderen Muskeln das Ergebnis verfälschen. Entsteht innerhalb einer Muskelzelle ein positives Aktionspotenzial, wird die extrazelluläre Flüssigkeit negativ. Dieses Potenzial breitet sich unter Abschwächung entlang der Muskelfaser bis zur Hautoberfläche aus. Die Potenzialdifferenz verändert sich relativ zu den bipolaren Oberflächenelektroden, die ein biphasisches Signal registrieren. Geht man von einer Ausbreitungsgeschwindigkeit des Aktionspotenzials von 12 m/s aus und einem Elektrodenabstand von 5 cm, ergibt sich mit t=s/v eine Frequenz von f=240 Hz.
5. Gradienten Echo bei MRT. Physikalischer Effekt
siehe Magnetresonanztomographie
6. Adaptive Filter - Idee, Unterschiede
siehe Kurzfassung
7. Anforderungen an Schrittmacherelektrode + konstruktiv
Um die Spannung an den Zelle möglichst gezielt aufzubauen und optimale Ladungspakete ins Myokard zu leiten muss die Elektrodenkapazität möglichst hoch sein. Vorraussetung ist, dass die Kapazität nur gering aufgeladen wird, und dass sie zwischen den Impulsen entladen werden kann. (durch Autoshorting). (zwei Ziele: optimale Ladungsübertragung und maximale Spannung) Die Oberfläche muss daher möglichst groß sein (für Kapazität), die Abmessungen der Elektrode sollten jedoch möglichst klein sein (zum einpflanzen). Mit Fraktalelektrode
[HSM – Folie 17]
- Stimulation mit möglichst geringem energetischen Aufwand
- Vernachlässigbares Nachpotential, um Detektion von Reizant-worten unmittelbar nach dem Stimulus zu ermöglichen
- Die Reizschwelle verringert sich, je kleiner der Elektrodenkopf (d.h. je kleiner dessen geometrische Abmessungen)
- Der Energieaufwand für die Stimulation sinkt, je kleiner die Impedanz der Phasengrenzfläche ist-> Große Phasengrenzkapazität gefordert
8. Quadrupol Filter
- 4 zylinderförmige Metallstäbe, parallel angeordnet (von vorne wie ein X)
- jeweils 2 gegenüberliegende sind elektrisch miteinander verbunden
- eine Spannungquelle (u = u0 + u1*sin wt)
- Teilchen "fliegen" hindurch und die Spannungen u0 und u1 werden linear erhöht
- zu kleine Teilchen werden durch Wechselspannungsanteil zuviel ausgelenkt
- und zu grosse durch den Gleichspannungsanteil und kollidieren mit dem Metall
- nur die passenden Grössen können passieren und werden am Ende detektiert.
9. ELISA
siehe oben
10. DNA Sequenzierung siehe Kurzfassung
11.Wie ist ein Compartmentmodell definiert? Welche Annahmen werden getroffen?
siehe Compartmentmodell
12. Wie wird DNA amplifiziert siehe Kurzfassung
13. Wie funktioniert FACS siehe Kurzfassung
Prüfung x. y. 2004
1. Voltage Clamp Verfahren (15)
siehe Kurzfassung + Wird benutzt, um die Ionenströme zu messen, die durch die Membrane eines Neurons fließen. Na und K-Ströme können durch selektives blockieren der jeweiligen Kanäle separat gemessen werden.
2. Elektrodiffusion --> Nernst-Gleichung: was beschreibt sie und unter welchen Bedingungen ist sie gültig (15)
Die Nernst-Gleichung beschreibt die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotenzials eines Redox-Paares. Die Kombination einer Referenzelektrode mit einer weiteren ergibt eine elektrochemische Zelle. Damit kann man die Standard-Redoxpotentiale (Potentiale gegenüber SHE) messen. Oxidation = Prozess, bei denen ein Atom, Ion oder Molekül Elektronen abgibt. Reduktion = Elektron aufnehmen. Die Fähigkeit zu reduzieren oder zu oxidieren wird Redoxpotential genannt und kann so (Nernst Gleichung) berechnet werden. Bei stark verdünnten Lösungen ist die Aktivität gleich der Konzentration. Bei Raumtemperatur kann eine vereinfachte Form verwendet werden. (gültig? Immer!?)
3. 3 Arten der Blutdruckmessung (10)
siehe Labor
4. EKG - Ableitung zeichnen (Einthoven I): welche physiologischen Phasen werden durch die verschiedenen Kurvenabschnitte beschrieben (10)
siehe Labor
5. digitale Filter: wie macht man 50/60Hz Unterdrückung (15) siehe Labor
6. Pressure Controled Ventilation vs Volume CV (10)
Die mandatorische Ventilation lässt sich in Volumengesteuerte mechanische Ventilation, Druckkontrollierte mechanische Ventilation und Demandatorische mechanische Ventilation unterteilen.
- Bei der Volumengesteuerten CV wird festgelegt, wieviel Luft der Patient einatmet. Es resultieren Druckverhältnisse in der Lunge, die sich aus deren Zustand und dem eingeatmeten Volumen ergeben. Beatmungsformen sind beispielsweise CMV und (S)IMV.
- Die druckkontrollierte Ventilation legt fest, wieviel Druck in der Lunge vorherrschen darf und ordnet das Atemzugvolumen unter. Das heißt, der maximale Druck in der Lunge ist konstant, während das Volumen variiert. Auch diese Form lässt sich mit CMV und SIMV festlegen.
- Demandatorische Ventilation ist eine Mischform der beiden vorgenannten, es lässt sich sowohl das einzuatmende Volumen als auch eine Druckgrenze festlegen. Bei dieser Form besteht volumeninkonstanz; Eigenventilation des Patienten ist möglich aber nicht zwingend. Als beliebte Beatmungsform hat sich BIPAP durchgesetzt. Je nach Hersteller des Beatmungsgerätes wird BIPAP auch als Bi-Vent oder BIPHASE bezeichnet.
7. Hämodialyse: wie wird der Wasserentzug gesteuert + modernes Dialysesystem beschreiben(10)
Um überschüssiges Wasser aus dem Blut zu entfernen, ist es notwendig, einen Druckunterschied zwischen der Blutseite und der Dialysierflüssigkeitsseite an der Membran herzustellen. Dazu baut das Dialysegerät einen Sog auf, und zwar auf der Seite der Dialysierflüssigkeit. Damit erreicht man ein Absaugen von Wasser durch die Poren der Membran in die Dialysierflüssigkeit. Und anschließend in den Abfluss. Dieses Absaugen bezeichnet man als Ultrafiltration.
8. Spin-Echo / Gradienten-Echo: auf welchen physikalischen Effekten beruht dieses Echo (15)
siehe Magnetresonanztomographie
9. Gas-Chromatograph (10)
10. Glykose-Sensor nach enzymatischer Methode (15) siehe Labor
11. ELISA (15)
12. Unterschied zw. theoretischer und praktischer Identifizierbarkeit eines Compartmentmodells (wird wahrscheinlich nicht mehr gefragt)
13. Prinzip der konfokalen Mikroskopie (15) siehe Kurzfassung
14. Gel-Elektrophorese (10) siehe Kurzfassung
15. DNA-Sequenziermethode nach Senger (20) siehe Kurzfassung
Prüfung x. y. 2003
1.) Zwei durch für H20, K+ und Cl- permeable Membran getrennte Kompartments. In einem Kompartment K+ und Cl+ und Lösungsmittel, im anderen Albumin und Lösungsmittel. Welche Austauschströme finden statt, welcher Steady State?
2.) Carrier Transport erklären. Welcher Unterschied zur „normalen“ Diffusion. 2 Beispiele wo Carrier Transport verwendet wird.
3.) Inneres einer Zelle: Wenig K+ im Vergleich zu außen, Zellmembran permeabel für K+ und Cl-. Stellt sich Membranpotential ein, wenn ja wie gerichtet, was braucht man um es aufrecht zu halten?
4.) Wie kommt Potentialänderung beim EKG an Extremitäten zustande, welche Parameter beeinflussen Morphologie des EKG.
5.) Wie funktionieren adaptive Filter, wo werden sie bevorzugt eingesetzt.
6.) Wie hängt die Viskosität des Blutes vom Durchmesser des durchströmten Gefäßes ab, welche Effekte sind dafür verantwortlich.
7.) Welche Effekte sind für die Abschwächung von Röntgenstrahlung durch Gewebe verantwortlich, welche davon sind für Bildgebende Diagnoseverfahren bedeutend.
resultiert aus der Photoabsorption und der Compton-Streuung:
a) Bei der Photoabsorption schlägt das Photon ein Elektron aus der Elektronenhülle eines Atoms. Dafür ist eine bestimmte Mindestenergie notwendig. Betrachtet man die Absorptionswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von der Photonenenergie, steigt sie bei Erreichen der Mindestenergie abrupt auf einen Maximalwert an. Zu höheren Photonenenergien nimmt die Wahrscheinlichkeit dann wieder kontinuierlich ab. Wegen dieser Abhängigkeit spricht man auch von einer Absorptionskante. Das Loch in der Elektronenhülle wird wieder durch andere Elektronen aufgefüllt. Dabei entsteht niederenergetische Fluoreszenzstrahlung.
b)Außer an stark gebundenen Elektronen wie bei der Photoabsorption kann ein Röntgen-Photon auch an ungebundenen oder schwach gebundenen Elektronen gestreut werden. Diesen Prozess nennt man Compton-Streuung. Die Photonen erfahren durch die Streuung eine vom Streuwinkel abhängige Verlängerung der Wellenlänge um einen festen Betrag und damit einen Energieverlust. Im Verhältnis zur Photoabsorption tritt die Compton-Streuung erst bei hohen Photonenenergien und vor allem bei leichten Atomen in den Vordergrund.
Bei der Photoabsorption und der Compton-Streuung handelt es sich um inelastische Prozesse, bei denen das Photon Energie verliert und schließlich absorbiert wird. Daneben ist auch elastische Streuung (Rayleigh-Streuung) möglich. Dabei bleibt das gestreute Photon kohärent zum einfallenden und behält seine Energie.
8.) Wie kommt T2 Zerfall beim MRI zustande. Wie kann man ein schon völlig T2 zerfallenes MRI Signal wieder rekonstruieren.
siehe Magnetresonanztomographie
9.) VVI Schrittmacher beschreiben. Welche Vor und Nachteile?
10.) Wie kommt der Transmembrandruck bei der Dialyse zustande? Mit welchen Parametern kann man ihn einstellen und welche wichtige diagnoistische Größe hängt davon ab.
11.) Erklärung von PCR.
12.) Funktionsweise von FACS.
13.) Blockschaltbild eines Massenspektrographen. Wie funktioniert ein Quadrupol Ion Filter?
siehe oben weiter
14.) Was ist ein Kompartment Modell?
15.) Wie funktioniert Konfokale Mikroskopie?
16.) Aus welchen Bestandteilen besteht ein Biosensor?
17.) Erklärung der DNA Sequenzierungsmethode nach Sanger.
