Exam text content

LTT-1100 Johdatus lääketieteelliseen tekniikkaan

  

 

Tentti 27.4.2009

1. Selosta seuraavat hermosolun biosähköiset toiminnat (mitä
jotta alla mainitut toiminnot tapahtuisivat):

a) hermosolun depolarisoituu, ja

b) hermosolun repolarisoituu.

E

2. Kuvaa EKG:n mittausjärjestelmä. Mitä mitataan, miten mitätäan;ähilläinen laitteisto, millainen
mittaussignaali, miten signaalia käsitellään, millaisia ongelmia ja häiriöitä saattaa esiintyä
mittauksessa?

3. Röntgenkuvaus ja ultraäänikuvaus ovat yleisiä lääketieteellisiä kuvausmenetelmiä.

a) Kuvaile röntgensäteilyn ja ultraäänen fysikaalisia ominaisuuksia, jotka ovat oleellisia
kuvantamisen kannalta. Selvitä, millaisiin fysikaalisiin ilmiöihin perustuu molemmissa
menetelmissä kuvainformaation synty.

b) Millaisia sovelluksia niillä on (eli mitä kohteita niillä tyypillisesti kuvataan).

o) Vertaile myös niiden potilasturvallisuutta.

4. Mitkä väittämät ovat oikein ja mitkä väärin, Oikeasta vastauksesta tulee 1 piste ja väärästä
menettää 0.5 pistettä. Ei vastausta = O p. (vastaa konseptipaperille)

a) Aivojen hermosolujen magneettinen stimulaatio liittyy magneettikuvaukseen, jossa kuvataan
aktivoituneiden hermojen magneettista vastetta.

b) Jos tunnet EKG-signaalin kuudessa raajakytkennässä, niin voit niiden perusteella päätellä,
millainen EKG on kuudessa rintakytkennässä.

0) — Sydämen yhden lyönnin aikana pumppaama verimäärä eli iskutilavuus voidaan mitata
mittaamalla rintakehän sähköisen impedanssin muutos.

d) Jotta aivojen herätevaste EEG:ssa saadaan näkyviin, täytyy tutkimus toistaa uscita kertoja ja
laskea vasteiden keskiarvo.

e) Defibrillaattori on laite, jota käytetään erityisesti kammiovärinän pysäyttämiseen.

Sydämen tahdistin on hyvä esimerkki täysin automaattisesti toimivasta hoitolaitteesta.
LTT-1100 Johdatus lääketieteelliseen tekniikkaan
Tentti 6.3.2009

1.

2)

b)
o)

E

o)
d)

e)

Selosta seikkaperäisesti, miksi ja kuinka lepotilassa olevan hermosolun solukalvon yli kehittyy
lepojännite. Selosta, mitkä tekijät vaikuttavat ja miten lepojännitteen arvoon. Kuinka suuri se
on likimain normaalissa solussa?

Vastaa lyhyesti ja ytimekkäästi (max 20 sanaa/kohta) seuraaviin EKG:hen liittyviin
kysymyksiin:

Piirrä tyypillinen EKG-käyrä (myös aika ja amplitudiskaala) yhden sydämen lyönnin ajalta ja
nimeä siinä näkyvät aallot.

Mitä tarkoittavat käsitteet kytkentä, kytkentävektori ja kytkentäjärjestelmä?

Millainen on ns. standardi 12-kytkentäinen EKG-järjestelmä?

Miten (millaisella laitteistolla) EKG mitataan?

Mainitse kaksi erilaista ongelmaa, jotka voivat tyypillisesti esiintyä EKG:n mittauksessa, miten
nämä ongelmat voivat näkyä mitatussa EKG-signaalissa ja kuinka näiltä ongelmilta voidaan
välttyä.

Vastaa seuraaviin magneettikuvaukseen (MRL) liittyviin kysymyksiin

Mitä tarkoittaa Larmor-taajuus? Anna Larmor-taajuuden yhtälö, jolla osoitat, miten ja mistä se
riippuu. Mitä suuruusluokkaa magneettikuvauksessa Larmor-taajuus tyypillisesti on? Mihin
aineen fysikaaliseen ilmiöön Larmor-taajuus liittyy?

Miten Larmor-taajuutta käytetään hyväksi magneettikuvauksessa?

Millaisia magneetteja tai kelastoja tarvitaan ja mihin tarkoitukseen magneettikuvauksessa?

Mitkä väittämät ovat oikein ja mitkä väärin. Oikeasta vastauksesta tulee 1 piste ja väärästä
menettää 0.5 pistettä. Ei vastausta = O p. (vastaa konseptipaperille)

Tomografiakuvaus eli kerroskuvaus voidaan toteuttaa vain röntgensäteilyn avulla.

Ultraääni etenee vakionopeudella kaiken tyyppisissä kudoksissa ja siksi sitä voidaan käyttää
kehon kuvantamisessa ja veren virtausnopeuden mittauksessa.

Veren happisaturaation mittaus cli pulssioksimetria perustuu ultraäänen siroamiseen
hemoglobiinimolekyyleistä.

Jotta aivojen herätevaste EEG:ssa saadaan näkyviin, täytyy tutkimus toistaa useita kertoja ja
laskea vasteiden keskiarvo. .

Defibrillaattori on laite, jota käytetään erityisesti kammiovärinän pysäyttämiseen.

Sydämen tahdistin on sydämeen asennettava automaattinen laite, joka stimuloi sähkövirran
avulla sydänlihasta.

 
 

LTT-1100 Johdatus lääketieteelliseen tekniikkaan
Tentti 28.4.2008

EN
b)

o)

2)
b)

2)
b)
9)

d)
e)

Oletetaan, että kaliumionikonsentraatio hermosolun sisäpuolella on 140 mmol/l ja ulkopuolella 3
mmol/l ja että solukalvo läpäisee vain kaliumioneja.

Miten on mahdollista, että solukalvon yli vaikuttaa kyseinen K-ionikonsentraatioero?

Selosta ne fysikaaliset tapahtumat, joiden seurauksena saavutetaan ns. tasapainotilanne kyseisen
jonin suhteen eli mitkä fysikaaliset ilmiöt vaikuttavat ionien liikkumiseen solukalvon yli ja miten.
Mitä tasapainotilanne tarkoittaa? — MUN

Kuinka suuri jännite syntyy solukalvon yli em. tilanteessa? Oletetaan että solu on huoneen
lämpötilassa.

Kaasuvakio R=8.31 J/(mol K). Faradayn vakio F=96500 C/eguivalentti.

Bolzmannin vakio k=1.38x10 J/K. Alkeisvaraus g=-1.602x10'? C

EKG:n mittaamisessa ja EKG-laitteen suunnittelussa täytyy ottaa huomioon hyvin erilaisia
häiriöitä, jotka vaikuttavat mittaukseen ja mittaussignaalin laatuun.

Tarkastele (1) erilaisia EKG-rekisteröinnissä ilmeneviä häiriölähteitä (mistä häiriöt voivat olla
peräisin), (2) millaisia häiriöitä niistä voi kytkeytyä EKG-signaalin joukkoon (miten häiriöt
kytkeytyvät ja millaisia häiriöt ovat) ja (3) miten näitä kytkeytymisiä voidaan pienentää tai välttää
(millainen mittausjärjestelmä, mittaustilanne tai laitteisto).

Ultraäänen hyödyntämisellä on tärkeä merkitys lääketieteellisissä tutkimusmenetelmissä.

Kerro ultraäänen fysikaalisista ominaisuuksista ja vuorovaikutusmekanismeista kudoksen kanssa,
joita hyödynnetään lääketieteeliisissä sovelluksissa.
Kuvaa tärkeimmät ultraäänen sovellukset lääketieteessä.

Ovaiko alla olevat väittämät oikein vai väärin?
Oikeasta vastauksesta saa yhden pisteen ja väärästä menettää 0.5 pistettä.

Altistuttaessa sähköiskussa hyvin lyhytkestoiselle (muutaman millisekunnin mittaiselle)
sähkövirralle, todennäköisyys, että henkilöllä käynnistyy kammiovärinä, on suurin, jos sähköisku
saadaan kammioiden repolarisaation eli T-aallon aikana.

Alfa, beeta, theta ja delta -aallot kuvaavat eri voimakkuuksilla esiintyviä aivoaaltoja.

Lämpölaimennusmenetelmä on yleisesti kliinisessä käytössä oleva menetelmä mitata sydämen
minuuttitilavuutta.

Magneettikuvaus perustuu elektronien magneettisten ominaisuuksien mittaamiseen.
Pulssioksimetria tarkoittaa sydämen sykkeen eli pulssin mittaamista.
PTC isotooppi on yleisin isotooppikuvauksessa käytettävä radioisotooppi.

 
 

 

LTT-1100 Johdatus lääketieteelliseen tekniikkaan
Tentti 21.4.2008

a)
b
0)

2.a)

b

9)

a)
m
o)
d)
e)

a)

b)
0)
d)

o)

Hermosolun sähköinen toiminta perustuu oleellisesti Na- ja K-ionien jakaumaan solukalvon eri puolilla ja niiden
virtaukseen solukalvon läpi.

Tarkastele solua ensin sen ollessa lepotilassa. Millainen konsentraatioero (-gradientti) vallitsee Na- ja K-ioneille
hermosolun solukalvon yli ja miten tämä ero syntyy?

Kun solukalvoa ärsytetään riittävän voimakkaalla sähkövirralla niin, että ns. kynnysjännite ylittyy, mitä Na- ja
K-ioneille tapahtuu seuraavien n. 2 ms aikana ja miksi.

Miten solukalvon yli vaikuttava potentiaaliero eli kalvojännite muuttuu b-kohdan ionivirtausten seurauksena
verrattuna a-kohdan tilanteeseen?

Kuvaa lyhyesti sydämen johtoratajärjestelmän toiminnallinen rakenne ja merkitys sydämen sähköisen toiminnan
kannalta.

Alla olevassa kuvassa 1 on lyhyt EKG-rekisteröinti henkilöltä, jolla sydämen sähköinen toiminta ei ole
normaali. Päättele (perustele), millaisesta sydämen sähköiseen toimintaan liittyvästä ongelmasta kuvassa on
kyse. N

Millaisella hoitolaitteella kyseinen ongelma voidaan hoitaa ja miten?

Kuva 1

 

Magneettikuvaus (MRI) perustuu tiettyjen ytimien ydinmagneettiseen resonanssi-ilmiöön. Vastaa lyhyesti
seuraaviin kysymyksiin:

Minkä atomin ydinten ydinmagneettista resonanssia yleisimmin MRI-kuvauksessa hyödynnetään?

Mistä ydinten ominaisuudesta ydinten magneettisuus syntyy?

Mitä ydinten muodistamille ydinmagneeteille tapahtuu, kun niihin vaikuttaa voimakas 1 T magneettikenttä?
Millaisilla magneeteilla c-kohdassa mainittu magneettikenttä voidaan synnyttää?

Mitä tarkoittaa Larmor-taajuus?

Miksi MRI-kuvauksessa tarvitaan myös gradienttikenttiä?

Ovatko alla olevat väittämät oikein vai väärin?
Oikeasta vastauksesta saa yhden pisteen ja väärästä menettää 0.5 pistettä.

Altistuttaessa sähköiskussa hyvin lyhytkestoiselle (muutaman millisekunnin mittaiselle) sähkövirralle,
todennäköisyys, että henkilöllä käynnistyy kammiovärinä, on suurin, jos sähköisku saadaan kammioiden
depolarisaation eli ORS-kompleksin aikana.

Interferenssihäiriöllä tarkoitetaan häiriöiden kytkeytymistä mittaussignaaliin potilaan ulkopuolista häiriölähteistä
esim. kapasitiivisen tai induktiivisen kytkennän kautta. -

Veren virtausnopeus voidaan mitata myös kehon sisäosissa olevista verisuonista ultraäänen Doppler-siirtymään
perustuvalla menetelmällä.

Termistori on yleisesti lääketieteessä käytetty lämpötila-anturi, koska sen vaste eli resistanssin muutos lämpötilan
funktiona on lineaarinen.

Pulssioksimetrillä mitataan veren happikylläisyyttä infrapunavalon absorptioon perustuen.
Säteilyturvallisuudessa käytetty suure ekvivalenttiannos riippuu ionisoivan säteilyn tyypistä eli siitä, millaiselle
säteilylle keho on altistunut.
 

LTT-1100 Johdatus lääketieteelliseen tekniikkaan
Tentti 24.4.2006

2)
0

2
0)

9)

2)
0)

0)

   

Tarkastellaan hermosolua, jonka solukalvo erottaa solun sisäpuolisen ja ulkopuolisen tiest
Solukalvon yli vaikuttaa K" -ionien konsentraatioero siten, että solun ulkopuolella on suur
ionikonsentraatio kuin sisäpuolella. Oletetaan myös, että solukalvo läpäisee vain K-ioneja. Selitä
lyhyesti ja ytimekkäästi,

miten ja minkä voimien vaikutuksesta ionit virtaavat solukalvon läpi ja
millaiseen tasapainotilaan tällainen solujärjestelmä pyrkii eli milloin ionien virtaus loppuu ja miksi.

Radioaktiivisia isotooppeja käytetään hyväksi erilaisissa isotooppikuvausmenetelmissä.

Millaista radioaktiivista säteilyä (ytimen hajoamistavat) isotooppikuvauksissa voidaan hyödyntää?
Mitä tarkoittaa radionuklidin fysikaalinen ja biologinen puoliintumisaika ja mikä merkitys niillä on
isotooppikuvauksessa?

Mikä on radionuklidin "Tc merkitys isotooppikuvauksessa ja millaisia fysikaalisia ominaisuuksia
sillä on?

Verenkiertojärjestelmän toimintaa kuvaa hyvin kaksi suuretta: valtimoiden keskipaine (mean arterial
pressure, MAP) ja sydämen aikayksikössä (esim. minuutin aikana) pumppaama verimäärä eli sydämen
minuuttitilavuus (cardiac output, CO).

Selosta joku kliinisessä käytössä oleva mittausmenetelmä ja siinä tarvittava laitteisto valtimoiden
keskipaineen mittaamiseksi.

Selosta joku kliinisessä käytössä oleva mittausmenetelmä ja siinä käytettävä laitteisto sydämen
minuuttitilavuuden mittaamiseksi.

Kammiovärinä (ventricular fibrillation) on vakava kuolemaan johtava sydämen tila, joka voi
käynnistyä mm. henkilön saaman sähköiskun seurauksena.

Selitä, mitä kammiovärinä tarkoittaa ja miksi se voi johtaa kyseisen henkilön kuolemaan.
Luettele, mitkä tekijät vaikuttavat siihen, käynnistyykö henkilöllä kammiovärinä sähköiskun
seurauksena.

Kuvaile lyhyesti hoitolaite, jolla käynnistynyt kammiovärinä voidaan pysäyttää ja miten.

Oletetaan, että 3 cm paksuun lihaskudokseen tulevan röntgensäteilyn intensiteetti on 1 W/cm?

Laske tämän lihaskudoksen läpäisseen säteilyn intensiteetti. Lihaksen lineaarinen vaimennuskerroin on
0.20 cm".

Oletetaan, että 3 cn paksun lihaksen sisällä onkin 1 cm paksu luu (eli 1 cm lihaksesta on korvautunut
luulla). Laske tässä tapauksessa kudoksen läpäisseen säteilyn intensiteetti ja arvioi, kuinka hyvin luu
erottuu röntgenkuvassa. Luun lineaarinen vaimennuskerroin on 0.486 om",
LTT-1100 Johdatus lääketieteelliseen tekniikkaan
Tentti 13.3.2006

2)
»

a)
»

a)
b»)

a)

d
9)

Mitkä seuraavista väittämistä ovat tosia ja mitkä epätosia?
Oikeasta vastauksesta saa 1] pisteen ja väärästä vastauksesta menettää 4 pistettä. Vastaamatta jättäminen tuottaa 0
pistettä. Älä arvaa, jos et tiedä.

Magneettikuvauksessa vety-ydinten Larmor-taajuus on suoraan verrannollinen vaikuttavaan magneettivuon
tiheyteen B, jolla ydinmagneetit samansuuntaistetaan.

Lämpölaimennusmenetelmässä ruiskutetaan yleensä kylmä keittosuolabolus sydämen oikeaan eteiseen ja mitataan
sen jälkeen aika, jolloin kylmäbolus havaitaan keuhkovaltimossa ja josta kulkuajasta voidaan määrittää sydämen
minuuttitilavuus.

Herätevastetutkimus tarkoittaa EEG:n mittaamista erityisesti unen aikana.

Sydänlihaksessa oleva eteis-kammiosolmuke on normaalilla tavalla toimivassa sydämessä ainoa "portti"
sähköiselle aktivaatiolle siirtyä eteisistä kammion puolelle.

Veren happisaturaatio mitataan yleensä sormenpäästä uliraäänen avulla.

Makroshokilla tarkoitetaan tilannetta, jossa liiallinen sähkövirta pääsee ihokontaktin kautta
sydämeen käynnistäen kammiovärinän.

2
älö a-[1=4)
Yhtälö 2,+7,

  

 

Selosta, mitä yhtälö esittää, mitä muuttujia siinä on ja mistä ne riippuvat.
Selosta lyhyesti kyseisen kuvausmenetelmän pääperiaatteet ja kuinka em. yhtälöä sovelletaan siinä.

Lääketieteellisissä mittauksissa käytetään hyvin erilaisia antureita tuntocliminä.
Selvitä lyhyesti sellaisen anturin rakenne ja toiminiaperiaate, jolla mitataan biopotentiaaleja ihon pinnalta.

Selvitä lyhyesti resistiivisen venymäliuska-anturin toimintaperiaate ja millaisia lääketieteellisiä käyttösovelluksia
sillä on.

Selvitä lepotilassa olevan hermosolun solukalvon yli olevan jännitteen eli kalvojännitteen muutokset, kun solua
stimuloidaan sähkövirralla. Kuvaa sähköinen vaste eli aktiopulssi (piirrä kuva ja nimeä aktiopulssin eri vaiheet).
Kuinka solukalvon läpäisevyys eri ioneille muuttuu aktiopulssin aikana?

Oheisessa kuvassa on esitetty EKG millimetripaperilla (yksi ruutu vastaa yhtä millimetriä, joka vastaa EKG-
signaalia 0.1 mV) mitattuna standardeilla II- ja HI-raajakytkennöillä. Oletetaan, että R-aallon ja T-aallon huiput
ajoittuvat samaan aikaan molemmissa kytkennöissä

   

Mittaa R-aallon ja T-aallon huippuamplitudit näissä kytkennöissä. Määritä sitten geometrisesti Einthovenin
kolmion avulla sydämen sähköistä toimintaa kuvaavan sähköisen sydänvektorin suunta ja suuruus (mV:na) EKG:n
R-aallon ja T-aallon maksimiamplitudin ajankohtana. Piirrä kuva.

Määritä edelleen geometrisesti Einthovenin kolmion avulla R-aallon amplitudi I-raajakytkennässä ja vahvistetussa
aVR-raajakytkennässä.

Voitko tässä tehtävässä annetun informaation avulla ennustaa, millaiselta EKG-signaalit näyttäisivät
rintakytkennöissä? Perustele vastauksesi.