MTWS
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Durch welches mathematische Verfahren kann eine Bildrekonstruktion bei der Kernspintomographie durchgeführt werden?
Fourier-Transformation
Was sind die Argumente zum Einsatz von MRT Untersuchungen?
- Direkte Darstellung von Weichgewebe
- Exzellenter Weichgewebekontrast
- Modifikation des Kontrastverhaltens durch Auswahl der Pulssequenzen und Aufnahmeparameter
- nicht-invasiv
- nicht-ionisierend
- freie Wahl der Schnittebene
- 2D und 3D-Verfahren
Wie ist der Einfluss der Frequenz bei der Kernspintomographie und wozu führt das im technischen Sinne?
Je höher die Frequenz, umso besser das Signal-Rausch-Verhältnis. Hohe Frequenz heißt hohes Magnetfeld !
Immer größere Magnete?
Hohes Magnetfeld:- Mehr Spins angeregt -> Mehr Signal- Höhere Ortsauflösung durch steilere Gradienten
Wie wirkt sich die Stärke des Magnetfeldes bei der Kernspintomographie aus?
Die Stärke des Magnetfelds B0 wirkt sich unmittelbar auf die Signalqualität der gemessenen Daten aus, da das Signal-Rausch-Verhältnis ungefähr proportional zur Feldstärke B0 ist. Deshalb gibt es seit den Anfängen der MRT einen Trend zu immer höheren Feldstärken, der den Einsatz tiefgekühlter supraleitender Magnete erfordert. Besonders bei Magneten mit großen Öffnungen für die Untersuchung von Menschen entstehen bei höheren Feldstärken rasch inhomogenere und schwieriger herstellbare Felder. Werden 3 Tesla überschritten, können die Probanden nur sehr langsam in den Magneten gefahren werden, da es infolge der entstehenden Wirbelströme im Gehirn sonst zu Schwindel und Übelkeit kommen kann.
Was sind typische Stärken der statischen Magnetfelder bei der Kernspintomographie?
Geschlossene Systeme 0,5, 1 und 1,5 T (3 T)
Offene Systeme mit bis zu 0,23 - 1 T Feld, 300 Bilder/s
Man unterscheidet MRT-Systeme nach ihrer Bauform zwischen geschlossenen MRT-Systemen mit kurzem oder langem Tunnel und offenen MRT-Systemen (oMRT) mit C-Arm oder seitlich geöffnetem Tunnel. Während geschlossene Tunnelsysteme bedingt durch ihren Aufbau im Vergleich bessere Bilddaten liefern, ermöglichen offene MRT -Systeme den Zugang zum Patienten unter MRT-Kontrolle
Was versteht man unter Diamagnetismus?
Bringt man eine Substanz in ein magnetisches Feld, so induziert dieses in den Elektronenhüllen der Atome einen Strom, dessen Magnetfeld nach der Lenzschen Regel dem äußeren entgegengerichtet ist. Diamagnetismus führt so zu einer Abschwächung des Magnetfeldes in der Substanz. In Materialien deren Atome, Ionen oder Moleküle keine ungepaarten Elektronen besitzen, ist Diamagnetismus die einzige Form von Magnetismus
Was versteht man unter Paramagnetismus? Wie verhält sich ein paramagnetisches Material mit steigender Temperatur?
Besitzen die Atome, Ionen oder Moleküle eines Materials ein magnetisches Moment, so richten sich diese parallel zum äußeren Magnetfeld aus. Dies bewirkt eine Verstärkung des Magnetfeldes im Material. Bei einem idealen Paramagneten sind die einzelnen magnetischen Momente voneinander isoliert. Darum bricht das innere Magnetfeld nach Entfernen des äußeren Magnetfelds wegen der Wärmebewegung der Teilchen zusammen. Dementsprechend nimmt der Paramagnetismus mit steigender Temperatur ab.
Was versteht man unter Ferromagnetismus? Wie verhält sich ein ferromagnetisches Material mit steigender Temperatur?
Beim Ferromagnetismus sind die magnetischen Momente einzelner Teilchen nicht unabhängig voneinander, sondern richten sich spontan parallel aus. Die Kopplung der magnetischen Momente erstreckt sich aber nicht über das ganze Material sondern ist auf kleine Bereiche, die Weissschen Bezirke, beschränkt. Typische Längenskalen sind 10 nm bis wenige Mikrometer. Die Ausrichtung der Weissschen Bezirke ist statistisch verteilt, so dass der Gesamtkörper unmagnetisch erscheint. Durch ein äußeres Magnetfeld kann man die Bezirke gleichrichten. Diese Gleich-richtung bleibt auch nach Entfernen des äußeren Feldes erhalten, so dass man
eine permanente Magnetisierung erhält. Die Magnetisierung kann durch Erhitzen über die ferromagnetische Curie-Temperatur zerstört werden.
Was versteht man unter Ferrimagnetismus?
Auch beim Ferrimagnetismus sind die magnetischen Momente einzelner Teilchen nicht unabhängig voneinander.
Es liegen aber zwei Arten von magnetischen Zentren vor. Die Spinmomente gleichartiger Zentren richten sich dabei parallel und die verschiedener antiparallel aus. Dieses führt zu einer partiellen Auslöschung der magnetischen Momente. Im übrigen Verhalten ähneln sie den Ferromagneten.
Was versteht man unter Antiferromagnetismus? Wie verhält sich ein antiferromagnetisches Material mit steigender Temperatur?
Auch beim Antiferromagnetismus sind die magnetischen Momente einzelner Teilchen nicht unabhängig voneinander sondern richten sich spontan anti-parallel aus. Daher zeigt der ideale Antiferromagnet nach außen kein magnetisches Verhalten. Mit steigender Temperatur stört die Wärmebewegung die Anordnung, so dass sich der Antiferromagnet zunehmend wie ein Ferrimagnet verhält.
Welche magnetischen Effekte bzw. Systeme kennt man in der Biologie?
Magnetische Wechselfelder können über Induktion elektrische Ströme im Gewebe auslösen und können so einen (schwachen) Einfluss auf das Nervensystem haben. Die Nerven in Muskeln können mit Hilfe der Transkraniellen Magnetstimulation (TMS) stimuliert werden. In entsprechend starken Feldern (zum Beispiel in einem Kernspintomograf) treten sogenannte Magnetophosphene (optische Sinneswahrnehmungen) auf. Des weiteren ist seit langem bekannt, dass magnetische Wechselfelder die Sekretion von Hormonen (Beispiel Melatonin) beeinflussen können. Viele Vögel, Meeresschildkröten und weit ziehende Fische verfügen über einen Magnetsinn und können sich mittels des Erdmagnetfelds orientieren.
Was ist der magnetische Fluss und dessen Einheit?
physikalische Größe zur Beschreibung des magnetischen Feldes. Er ist – vergleichbar mit dem elektrischen Strom – die Folge einer magnetischen Spannung und fließt durch einen magnetischen Widerstand. Da selbst das Vakuum einen solchen magnetischen Widerstand darstellt, ist der magnetische Fluss nicht an ein bestimmtes „Medium“ gebunden und wird über Feldgrößen beschrieben.Die Maßeinheit des magnetischen Flusses im SI-Einheitensystem ist Weber Wb
Was ist die Messgrösse beim MEG bzw. MCG und was ist der wesentliche Unterschied zur Kernspintomographie?
Magnetische Flussdichte, Messung magnetischer Signale aus dem Körper
nicht: magnetische Stoffe im Körper
nicht: Wirkung von Magnetfeldern auf den Körper
Wozu kann man einen Hall-Sensor verwenden?
Drehratenbestimmung
Wofür steht die Abkürzung SQUID?
SQUID steht für superconducting quantum interference device
Welche beiden Haupteigenschaften zeichnen supraleitende Materialien aus?
- Elektrischer Widerstand fällt auf Null wenn die „kritischen Temperatur“ (=Sprungtemperatur) unterschritten wird
- Verdängt die externen Magnetfelder aus Ihrem Inneren (Meißner-Ochsenfeld-Effekt)
In welche beiden Klassen werden Supraleiter eingeteilt und wodurch wird diese Einteilung festgelegt?
- Typ I Supraleiter: Supraleitende Materialien, die nicht durch magnetische Flusslinien penetriert werden können (Meißner-Ochsenfeld Effekt). Elementare Supraleiter. Aluminium und Blei.
- Typ II Supraleiter: Charakterisiert durch einen graduellen Übergang vom supraleitenden in den normalen Zustand. Metallische Legierungen oder komplexe, oxidische Keramiken
Was beschreibt der Meissner-Ochsenfeld Effekt?
Verdrängung jeglichen magnetischen Feldes aus einem supraleitenden Material unterhalb der Sprungtemperatur Tc.
Was beschreibt der Josephson-Effekt?
Phänomen eines Stromflusses zwischen zwei schwach gekoppelten Supraleitern, die durch eine dünne, isolierende Barriere getrennt sind. Diese Struktur – zwei Supraleiter verbunden mit einer nicht-leitenden Barriere – ist bekannt als Josephson Brücke. Der Strom, der die Bariere übertritt nennt sich Josephson Strom.
Welche Ziele verfolgt man bei der Auswertung biomagnetischer Signale (4 aus 6)?
- Ortung erzeugender Generatoren
- Test von Hypothesen
- Auswertung Signalstärke
- Synchronisationseffekte / Korrelation
- Vergleich mit Normsignalen
- Identifikation pathologischer Signalmuster
Was versteht man unter dem Begriff ‚Biomedizinische Messtechnik‘ und welche Wissenschaftsfelder berühren sich hier?
Zusammenwirken von Medizin und Technik zur Schaffung von Geräten für Therapie und Diagnose
Welches sind nach der Medizintechnik Studie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) die Schlüsseltechnologien für den zukünftigen Medizintechnik-Markt (mind. 6 aus 8)?
Mikrosystemtechnik, Elektronik, Informations- und Kommunikationstechnologie, Produktions- und Managementtechnik, Zell- und Biotechnologie, Neue Wirkstoffe und Materialien, Optische Technologie, Nanotechnologie
Welches sind nach Expertenmeinung die vier wichtigsten Schlüsseltechnologien für den zukünftigen Medizintechnik-Markt?
Zell- &Biotechnologie, Informationstechnologie, Mikrosystemtechnik, Nanotechnologie
Welche beiden Richtungen kann es bei der Entwicklung neuer Medizintechnikprodukte geben?
Medizinàmed. Fragestellungà medizintechnische Lösung [Therapie: Medikament, Tumorbestrahlung] Technikàneue TechnologieàAnwendung in der Medizin (Kassenzulassung) [Diagnostik: Röntgen, MRI, Ultraschall, Gentechnologie]
Welche Messgrössen kann man am physiologischen System Herz/Lunge/Gefässe des Menschen erhalten (7 aus 11)?
Lunge: Atemfrequenz, Atemvolumina, Lungenvolumina, Herz: Schlagfrequenz, Schlagvolumen, Blutdruck, Reizausbreitung, Funktion der Klappen, Gefäße: Verengungen, Durchblutung, Sauerstoffgehalt
In welche drei Unterbereiche kann man die Messgrössen am menschlichen Organismus einteilen? Nennen Sie jeweils zwei Beispiele.
Organismus=Erzeuger elektrischer Signale: Elektrokardiographie (EKG), MKG (Magnetkardiographie)
Organismus= Erzeuger nichtelektrischer Signale: Herzkreislauf-Diagnostik, Lungenfunktionsdiagnostik
Organismus= Signalwandler: Optik, Ultraschall, Röntgen, CT, Kernspin
Was ist der typische Durchmesser menschlicher Zellen?
10µm
Welche Spezialisierungen können Stammzellen beim Wachstum eines Organismus erlangen (5)?
- Aufnahme von Nahrungsstoffen (Verdauung)
- Austausch von Wasser und Elektrolyten (Niere)
- Gasaustausch (Lunge)
- Bewegung (Muskel)
- Reizleitung (Nerven)
Welche Funktionen vermittelt bzw. erfüllt die Plasmamembran als Diffusionsbarriere (5)?
=Stofftrennung
- Schutz
- Stofftransport
- Reizleitung
- Wachstum
- Mechanischer Zusammenhang von Zellen
Was bildet das Grundgerüst biologischer Membranen?
Doppelschicht aus Fettsäuren (Lipiden) , hydrophile Enden beidseitig zum Wasser hin.
Was bedeutet der Begriff ‚amphiphil’?
chemische Eigenschaft einer Substanz, sowohl hydrophil als auch lipophil zu sein.
Wie ist das einfachste elektrische Ersatzschaltbild einer biologischen Membran?
siehe Bild
Welches physikalische Konzept liegt der Selbstorganisation zu Grunde?
Energieminimierung
Was ist der wesentliche Unterschied zwischen Vesikeln und Mizellen?
Doppel vs. Mono-Lippidschicht
Nennen Sie zwei der vier Hauptlipide der Plasmamembran von Säugetieren.
Phosphatidyl-serin, Phosphatidyl-cholin
Phosphatidyl-serin, Phosphatidyl-cholin
Für welche Stoffe ist die Doppellipidmembran hochpermeabel?
Hydrophobe Moleküle (O2, CO2, N2, Benzol)
Für welche Stoffe ist die Doppellipidmembran sehr gering permeabel?
Ungeladene polare Moleküle (für größere [Glucose, Saccharose] wenier permeabel als für kleine[h20, Harnstoff, Glycerin])
Was ist die chemische Grundstruktur jeder Aminosäure?
s.Abb
Wodurch unterscheiden sich die verschiedenen Aminosäuren?
Durch den Rest zwischen Amino- und Carboxygruppe.
Beschreiben Sie den Vorgang der zur Bildung der Aminosäurekette führt.
Die Ausbildung der Bindungen zwischen Aminosäuren erfolgt unter Wasserabspaltung (Kondensation) zwischen der Amino-Gruppe eines Moleküls und der Carboxyl-Gruppe eines anderen Moleküls. Die verknüpfende Atomgruppe wird als Carbonsäureamid-Gruppe bezeichnet. Diese werden bei Proteinen als Peptid- Bindung bezeichnet. Sind in einem Molekül zwei Aminosäuren miteinander verbunden ,so bezeichnet man sie als Dipeptide
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Flashcards
Was sind die 6 Phasen eines Aktionspotenzials? Ruhepotential, Stimulus, Depolarisation, Repolarisation, Hyperpolarisation, Ruhepotential
Ruhepotential, Stimulus, Depolarisation, Repolarisation, Hyperpolarisation, Ruhepotential
Wie heissen die Eingänge und wie der Ausgang einer Nervenzelle?
Eingang: dendrit ^
Ausgang: Axon
Was ist der typische Durchmesser von Nervenzellen in der Natur?
4-100µm
Was sind die Funktionselemente einer chemischen Synapse?
Synaptischer Spalt: 20 – 40nm
•Elektrisches Signal wird gewandelt in ein chemisches Signal
•Dazu sind chemische Transmitter notwendig
Welche beiden Haupttypen chemischer Synapsen gibt es?
Inhibitorisch, exitatorisch
Wie gross ist der synaptische Spalt?
20-40nm
Wie gross ist der synaptische Spalt?
20-40nm
Wie viele Nervenzellen und wie viele Synapsen hat das menschliche Gehirn durchschnittlich? Nervenzellen:
Nervenzellen: 1010
Synapsen: 1014
Nennen Sie Beispiele für Biosignale, die vom menschlichen Körper erfasst werden können (10)
- Augeninnendruck
- Atemgase
- Atemstrom
- Atemvolumen
- Atemfrequenz
- Körpertemperatur
- EMG
- Urinmenge
- Hirndruck
- Blutflussgeschwindigkeit
- Laborwerte (Blutgas, Elektrolyte, Blutgerinnung, pH-Wert)
- Blutdruck
- Pulsfrequenz
- Sauerstoffsättigung
Wodurch ist das Aktionspotenzial einer Herzmuskelzelle im Vergleich zu einem Neuron verlängert?
Zusätzliche Ca-Strom führt zu einer Plateauphase und zur Refraktärzeit
Wovon hängt die Form eines Herzzell-APs ab?
An welcher Stelle des Organs die Zelle sitzt
Durch z.B. welchen Farbstoff kann man intrazelluläre Ca-Konzentrationsunterschiede sichtbar machen?
Fluo 3
Wie heissen die Proteine, die die elektrischen Synapsen in Herzzellmembranen bilden?
Connexin
Wodurch wird die Richtung des elektrischen Feldvektors bei der Muskelerregung festgelegt?
Bildung eines elektrishen Dipolvektors entlang der Erregungsrichtung.
Was versteht man unter der Vektorschleife?
Die Signalweiterleitung im Herzorgan
Was passiert im Herzen bei der P-Welle?
Depolarisation der Vorhöfe
Was passiert im Herzen bei der PQ-Strecke?
Überleitung
Was passiert im Herzen im QRS-Komplex?
Depolarisation der Kammern
Was passiert im Herzen bei der ST-Strecke?
Vollständige Depolarisation
Was passiert im Herzen bei der T-Welle?
Repolarisation der Kammern
Welche beiden pathologischen Formen des EKG kennen Sie und worin unterscheiden sie sich?
Vorhofflattern: Schmaler Kammerkomplex, charakteristisches Sägezahnmuster
Vorhofflimmern: Unregelmäßig, QRS-Komplexe folgen in zufällig wechselnden Zeitabständen aufeinander, P-Welle nicht vorhanden, leichtes Zittern der Grundlinie,
Welche drei Haupteigenschaften kann man mit planaren Sensorchips an Herzkulturen messen?
- Schlagfrequenzänderungen
- Formänderungung der kardialen Signale
- Größe der Aktionspotentiale
Hypoxie?
Mangelversorgung eines Gewebes mit Sauerstoff
Durch welche drei Messtechniken können elektrische Zellpotentiale gemessen werden?
- Intrazellulär
- Extrazellulär
- Oberflächenelektroden
Was passiert mit dem elektrischen Dipolfeld der Herzerregung im Körper?
Unsymmetrisch verändert:
- Grenzfläche zum isolator (Luft)
- Inhomogene Leitfähigkeit (Gewebe, Organe, Blut)
Beschreiben Sie die Helmholtz-Doppelschicht anhand einer kleinen Skizze.
Phasengrenze Metall-Elektrolyt: Gerichtete Monolage von adsorbierten Wasserdipolen bildet sich an Elektrodenoberfläche durch ihre Aufladung infolge des Ausgleichs der chemischen Potentiale. Daran lagert sich als starre Schicht Elektrostatisch eine Lage von gelösten Ionen aus der Elektrolytlösung an. (1879 Helmholtz)
Was ist über den Potenzialabfall innerhalb der Gouy-Chapman Schicht im menschlichen Körper zu sagen?
Ist nur für stark verdünnte Elektrolyte relevant und kann deshalb im Körper vernachlässigt werden (Schichtdicke>10nm)
Wie muss eine einfach elektrochemische Zelle zur Messung von Potenzialen aussehen? Machen Sie eine
s.A.
Was versteht man unter Amperometrie?
Anlegen eines konstanten Potentials an die Elektroden und Messung des daraus resultierenden Stroms
Was versteht man unter einer Redoxreaktion?
Reduktions-Oxidationsreaktion: Reaktion bei der Elektronen von einer Substanz auf eine zweite übertragen werden
Was geschieht bei der Reduktion einer Substanz?
S. nimmt Elektronen aufà wird reduziert
Was geschieht bei der Oxidation einer Substanz?
S. gibt Elektronen ab.
Welches Problem hat man bei der direkten Messung von Redoxpotenzialen?
Es wird immer eine 2. Elektrode benötigt, auch an dieser Elektrode entstehen Potentiale [Egesamt=E1+E2]à man benötigt gute Referenzelektroden (mit möglichst konstanter Spannung E2)
Wie ist eine Referenzelektrode 1. Art charakterisiert? Nennen Sie ein Beispiel.
Zn/Zn++ Metallelektrode, die in Lösung mit ihren Metallionen taucht [Phasenübergang der Metallionen]
Wie ist eine Referenzelektrode 2. Art charakterisiert? Nennen Sie ein Beispiel.
Ag/AgCl/Cl- Metallelektrode, die mit ihrem schwerlöslichen Salz in Verb. Steht [Phasenübergang des Gegenions (hier Cl)]
Wie ist eine Referenzelektrode 3. Art charakterisiert?
Zusammengesetzte Elektrode (Elektrode 1. Oder 2. Art +Elektrolytà Verwendung als Referenzelektrode
15.) Nennen Sie Beispiele für Referenzelektroden.
- Kalomelektrode Hg/Hg2Cl2/KCl
- Silber-SilberChloridelektrode: Ag/AgCl/Cl-
Wie ist eine elektrochemische Silber-Silberchloridelektrode aufgebaut?
Chlorierter Silberdraht in Schlauch mit wässriger KCl-Lösung+Gel
Welche Teilreaktionen werden in einer Standard-Wasserstoffelektrode (SHE) genutzt?
s.A.
Was versteht man unter der Galvani-Spannung an de Grenzfläche Elektrode-Körper?
Ausbildung einer isolierenden Grenzschicht (Kapazität) führt zu großem Potentialabfall an dieser Grenzschicht. An Grenzfläche treffen Substanzen mit unterschiedlichen chemischen Potenzialen μ aufeinander. Unterschiedliche Austrittsarbeiten führen zu einer Potentialdifferenz und damit einem Ladungsaustausch und zu einer Aufladung der Elektrode relativ zum Inneren des Elektrolyts (Galvani-Spannung). hängt nur vom Material und der Lösung ab und hat nichts mit den Vorgängen in der Zelle zu tun. Sie bildet daher eine Störgröße bei der Messung.
