Bioelektromagnetika

Visokošolski učitelji: Gajšek Peter, Kotnik Tadej
Sodelavci: Kos Bor

Opis predmeta

Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti:

Pogoj za vključitev v opravljanje študijskih obvez­nosti pri predmetu je vpis v 2. letnik podiplomskega študijskega programa II. stopnje Elektrotehnika na študijski smeri Biomedicinska tehnika.

Vsebina:

• Elektromagnetni spekter in kratek pregled bioloških učinkov: neionizirna sevanja ter fizikalne osnove njihovih interakcij, termični učinki, netermič­ni učinki; ionizirna sevanja in njihovi biološki učinki
• Viri elektromagnetnih polj: statično magnetno polje, nizkofrekvenčna elektromagnetna polja (0-100 kHz), visokofrekvenčna elektromag-netna polja in sevanja (100 kHz-300 GHz).
• Merjenje in dozimetrija: pregled merilnih me-tod in standardov, eksperimentalna dozime-trija, nume­rična dozimetrija, mikrodozimetrija.
• Biološka snov v elektromagnetnem polju: sta­tično električno in magnetno polje, nizkofrekvenčna polja (disociacija in elektrolitske raztopine, preva­janje, elektroliza in polarizacija, električne lastnosti celic in tkiv), visokofrekvenčna polja in sevanja (frekvenčna odvisnost električnih lastnosti celic in tkiv, bližnje in daljnje polje, vdorna globina, ab­sorpcija energije, segrevanje).
• Mehanizmi interakcij: električne lastnosti celic in tkiv, interakcije s šibkimi polji (mikroelektroforeza, resonančni modeli), interakcije z močnimi polji (sila na nabite delce, interakcije z vzdražnimi tkivi, termične interakcije), elektroporacija.
• Pregled laboratorijskih in epidemioloških raz­iskav: raziskave in vitro, raziskave na rastlinah in živalih in vivo, epidemiološke študije, pregled stanja raziskav v svetu.
• Ocena zdravstvenega tveganja, preventivni vidiki in strategija razvoja: analiza tveganj zaradi prisotnosti elektromagnetnih polj, kontrola eksperi­mentalnih pogojev, ponovljivost eksperimentalnih polj, načelo previdnosti, zaščita pred polji in sevanji.
• Uporaba električnih tokov ter elektro-magnetnih polj in sevanj v medicini: srčni spodbujevalniki in defibrilatorji, funkcionalna in protibolečinska elek­trična stimulacija, elek-troporacija, elektrokirurgija, elektrotermija.
• Standardi in mejne vrednosti: izhodišča, medna­rodna priporočila, pravna ureditev.

Cilji in kompetence:

Predstaviti znanstveno utemeljene mehanizme interakcij elektromagnetnih polj in sevanj z biološkimi sistemi, predstaviti vire polj in sevanj, merjenje in dozimetrijo, pomembnejše laboratorij­ske in epidemiološke raziskave ter znanstveno izoblikovane mejne vrednosti.

Predvideni študijski rezultati:

Znanje in razumevanje: Kombinacija teoretične obravnave znanstveno utemeljenih mehanizmov interakcij, meritev v laboratoriju in na terenu ter izračunov elektromagnetnih količin bo študentom nudila poglobljeno in večstransko razumevanje problematike interakcij elektromagnetnih polj in sevanj z živimi organizmi.

Uporaba: Razumevanje znanstveno utemeljenih mehanizmov interakcij, sposobnost uporabe sodobnih naprav in metod v eksperimentalni in numerični dozimetriji, poznavanje zdravstvenih tveganj, veljavnih standardov in mejnih vrednosti.

Refleksija: Študent bo sposoben kritično oceniti znanstveno utemeljenost posameznih trditev in hipotez o učinkih elektromagnetnih polj in sevanj, načrtovati in izvesti dozimetrične meritve in izračune.

Prenosljive spretnosti: Numerično modeliranje fizikalnih količin z metodama končnih diferenc v časovnem prostoru (FDTD) in končnih elementov (FE). Kritično vrednotenje rezultatov lastnega dela in dognanj drugih avtorjev.

Metode poučevanja in učenja:

Predavanja, laboratorijske vaje za pridobivanje samostojnih praktičnih izkušenj z metodami in napravami za eksperimentalno in numerično dozimetrijo in modeliranje ter določanje električnih lastnosti bioloških tkiv, individualne seminarske naloge za seznanitev z epidemiološkimi študijami in njihovo kritično ovrednotenje.

Gradiva

1. C. Furse, D. A. Christensen, C. H. Durney. Basic Introduction to Bioelectromagnetics,
2. 2nd ed. CRC Press, 2009.
3. D. Miklavčič, P. Gajšek. Vpliv neionizirnih elektromagnetnih sevanj na biološke sisteme. Založba FE in FRI, 1999.
4. Bonner P, et al. Establishing a dialogue on risks from electromagnetic fields. WHO, 2002.
5. Adair RK. Biophysical limits on athermal effects of RF and microwave radiation. Bioelectromagnetics 24: 39-48, 2003.
6. Gajšek P (ur.). Abstract book of the International conference on electromagnetic fields: From bioeffects to legislation, INIS, Ljubljana, 2004.