Medizintechnik im Unterricht

Biologie & Physik

Präsentation von 2001, Update 2006

WP 101

Stand 2001:

Heike Elvers(Beratungsfeld Biologie und

Umwelterziehung)

Detlef Kaack(Beratungsfeld Physik &

GLOBE Germany-Programm)

Anmerkung 2006:

Heike Elvers(Referatsleitung Naturwissenschaften)

Detlef Kaack(Koordination Fortbildung Physik)

www.li-hamburg.de/physik

Detlef Kaack(Fortbildung Physik)

Medizintechnik

Beispiele

• Blutdruckmessung

• Automatische Pulsmessung

• Sauerstoffgehalt des Blutes

• EKG

• EEG

• Röntgendiagnostik mit Film und Detektor

• Röntgendiagnostik: Computertomografie (CT)

• Röntgendiagnostik: Zweifarbentechnik mit Synchrotronstrahlung

• Kernresonanzspektroskopie (MRT / NMR) „Die Röhre“

• Protonenemissionstechnik

• Endoskope

• Ultraschalltechnik (Doppler-Ultraschall, Farbdarstellungen)

MedizintechnikDiagnostik

• Radiotherapie:

1. Röntgenbestrahlung

2. Gammatherapie

3. Protonentherapie

4. Neutronentherapie (siehe separate Folien)

5. Innere Bestrahlung durch Isotope

• LASER-Technik• Microinvasive Eingriffe mit Endoskopen• Elektroschock bei Herzstillstand

MedizintechnikTherapie

Neutronentherapie

Neutronentherapie

Neutronentherapie

Neutronentherapie

Neutronentherapie

Neutronentherapie

Neutronentherapie

Protonentherapie

Bei der Protonentherapie entfällt das Problem der selektiven Anlagerung von Bor-Verbindungen.

Die Protonen dringen in das Gewebe ein und reagieren erst nennenswert bei einer bestimmten Kollisionsenergie.

Nur dort tritt die maximale Schädigung ein.

CERN, Genf,mit Beschleunigerring LHC in 100m Tiefe

Teilchenbeschleuniger mitFokussiermagnet

Protonentherapie

Vorteil:

Selektive Schädigung, weniger Nebeneffekte

Problem:

Spezielle Kliniken mit Protonenbeschleuniger (wie bei DESY) nötig, Japan ist hier Vorreiter

Protonentherapie

Vorteil:

Selektive Schädigung, weniger Nebeneffekte

Problem:

Spezielle Kliniken mit Protonenbeschleuniger (wie bei DESY) nötig, Japan ist hier Vorreiter

• Herzschrittmacher

• Defibrillator

• Störsender im Gehirn (Multiple Sklerose?)

• Aktive Prothesen

• Künstliches Herz

• Gelenk-Implantate

• Insulinspender

MedizintechnikHilfsgeräte

Bau eines elektrischen PulsmessersAnzeige auf • Oszilloskop, • XY-Schreiber und • Computer (CASSY-System)

Invasive Blutdruckmessung im Modell

Detlef Kaack(Beratungsfeld Physik & GLOBE Germany-Programm)

Radioaktivität imBiologie- und

PhysikunterrichtEin Unterrichtsversuch10. Klasse (hier: Gymnasium)

Heike Elvers(Beratungsfeld Biologie und Umwelterziehung)

• Natürliche und künstliche Strahlung in der Umwelt und ihre Bedeutung für den Menschen (Mindmap)

• Diagnose von Erkrankungen: Röntgenuntersuchung: Nutzen und Risiko

• Strahlenrisiko im Alltag• Von Mutagenen und Cancerogenen: Krebsentstehung und

Krebsdiagnostik bei Hirntumoren (mit CT)• Internet-Recherche zu Einsatz energiereicher Strahlung in der

Medizintechnik

- u.a. Radiologie : Diagnose und Unterstützung bei mikroinvasiven Eingriffen

- Leukämie- Diagnostik – Einsatzmöglichkeiten – Risiko der Strahlenbelastung -

Computertomographie

UE Radioaktivität

Verlauf Biologie

Ein klassischer Unterrichtsgang:

• Schwerpunkt Röntgenstrahlung• Ionisierende Strahlung• Grundlagen der Kernphysik• Entdeckung der Radioaktivität• Radioaktive Stahlen im Magnetfeld• Praktikum : Radioaktivität im NW-Zentrum www.nw-zentrum.de • Das Zerfallsgesetz• Folgen des Reaktorunfalls Tschernobyl

UE RadioaktivitätVerlauf Physik

Für Schülerinnen und Schüler gab es einen scheinbaren Widerspruch in der Beurteilung der Schädlichkeit der unterschiedlichen Strahlenarten durch die beiden Lehrerinnen (Biologie und Physik).

Hier ist eine differenziertere Diskussion der Wirkungen nötig:

Reichweite, Art, Schutz, Wichtungsfaktoren, Ort der Einwirkung (Inkorporation oder nicht) etc..

…

UE Radioaktivität

Probleme

Radiolyse durch

Ionisierung

Zellschäden

Heike Elvers(Beratungsfeld Biologie und Umwelterziehung)

Einbettung in die

Rahmenpläne

• Physik

H/R, GS , GY: Atom- und Kernphysik u.a. Radioaktivität, ionisierende Strahlung, Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz, Kernspaltung, Kernenergie

H/R, GS: Wahlthema Medizintechnik: Röntgenstrahlung, Ultraschall, Endoskopie, EEG, Blutdruckbestimmung

H/R, GS, Gy : Optik (1)- Ausbreitung des Lichts: Schatten und Finsternis (Röntgentechnik, CT, Zweifarbenröntgen)

GY: Akustik: Ausbreitung des Schalls: Schallsender, Schallempfänger, Schallgeschwindigkeit (Ultraschall)

H/R/Gy/GS: Elektronik (2): Spannung (Herzschrittmacher, EKG, EEG)

Einbettung in die

Rahmenpläne

• BiologieGS, GY: Die Verantwortung des Menschen für eine gesunde Llebensführung:

Richtiges Training für Atmung und Blutkreislauf (Herzschrittmacher)H/R: Der Mensch ein besonderes Lebewesen: Zivilisationskrankheiten- Risiken für

Herz (Herzschrittmacher)und Kreislauf, Krebs (Radioaktivität, Röntgenuntersuchungen, Strahlentherapie)

GS: Gesundheit des Menschen : Kreislauferkrankungen(Herzschrittmacher),Allergien, Krebs(Radioaktivität, Röntgenuntersuchungen, Strahlentherapie), AIDS

H/R, GS, GY: Sinnesorgan und Gehirn: Auge(Lasertechnik), Lochkamera (Röntgenuntersuchung), Funktion des Nervensystems (Diagnostik/Therapiehilfe ,CT)

H/R, GS,Gy: Sexualität des Menschen: Empfängnis und Empfängnisverhütung (Ultraschall)

Einbettung in die

Rahmenpläne

• Medizin + Physik, Impulse 2, Klett Verlag #772561-2, ca. € 14,-

• M. Volkmer: Basiswissen zum Thema Kernenergie, 1999 und neuer, Bezug über den Informationskreis Kernenergie

• M. Volkmer: Radioaktivität und Strahlenschutz, 1998, • M. Volkmer: Die natürliche Strahlenbelastung, 1999,

Literatur

• Untersuchungen mit Ultraschall, in Unterricht Biologie, Heft 201, S.36, Seelze 1995

• Röntgenuntersuchungen zwischen Nutzen und Risiko, in Unterricht Biologie, Heft 224: Medizin und Technik, S.34, Seelze 1997

• Endoskopie, in Unterricht Biologie, Heft 224: Medizin und Technik, S.38, Seelze 1997

• Laserstrahlen gegen Fehlsichtigkeit, in Unterricht Biologie, Heft 224: Medizin und Technik, S.31, Seelze 1997

• Strahlenbelastung, in Spektrum der Wissenschaft, Heft 4, S. 28, Heidelberg 1982

Literatur

• Quelle 2001 www.medicine-worldwide.de

• Radioaktivität und Krebs, Quelle 2001:

www.zum.de/Faecher/P/Bay/Kra/home/radio1.htm

• Diagnostik, Quelle 2001:

www.uke.uni-hamburg.de/kliniken/radiologie/neurad

• Computertomografie-Simulation und andere moderne Geräte, Quelle 2001:

www.iap.uni-bonn.de/P2K/

• Informationen rund um das Thema Handy (Mobiltelefon) und elektromagnetische Strahlung: Physik, Technik, medizinische Wirkung, Daten und Gesetze, Quelle 2005:www.schul-physik.de/handy.html

Internet 2001

Bestelladresse:

Dr. Roland Berger, Physikdidaktik, Heinrich-Plett-Str. 40, 34132 Kassel, mit € 2,- frankierten Briefumschlag beilegen (Bitte vorher aktuellen Preis anfragen!).

Inhalt:

Material über Röntgengeräte und Computertomografie incl. Experimenten und Hinweisen, Zielgruppe: Sekundarstufe II

CD-ROM

Schülerpraktika Radioaktivität (Ganztagsveranstaltungen)

• NW-Zentrum, Mümmelmannsberg 75, 22115 Hamburgnw-zentrum@li-hamburg.de , Tel. 040-42854-3774,www.nw-zentrum.de

• DESY physik.begreifen@DESY.de, Notkestr.85, 22607 Hamburgphysik.begreifen@DESY.de , Tel. 040-8998-4550

In Aussicht:• DESY Schülerforum: Mehrfarben-Röntgen mit

Synchrotronstrahlung• Philips Hamburg-Fuhlsbüttel: Produktion von medizinischen

Röntgenröhren• Besichtigungen in Kliniken sind offensichtlich nicht möglich

Exkursionen

Ende