Medizintechnik - Beschreibung und Download,
Schriftliche Hausarbeit von Markus Weidinger

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   Inhalt und Relevanz der Arbeit
 

Traditioneller Physikunterricht, der ausschließlich auf die Demonstration und Begründung physikalischer Zusammen-hänge beruht, ist für Schüler nicht motivierend (Physik als Selbstzweck). Dagegen sind direkte Bezüge zur Erfahrungswelt der Schüler motivierend, da Physik damit einen subjektiven Erklärungswert hat. Die physik-didaktische Forschung zeigte, dass es bei Mädchen wichtig ist, welche Anwendungen und alltäglichen Kontexte man wählt, während dies bei Jungen keine Bedeutung hat. Mädchen interessieren sich weniger für die reine Wissen-schaft Physik, aber mehr für Anwendungen bei Mensch und Natur und für die Bedeutung für die Gesellschaft. Besonders großes Interesse haben Mädchen beim Bezug zum menschlichen Körper, wozu auch Anwendungen in der medizinischen Diagnostik und Therapie gehören. Deshalb ist diese schriftliche Hausarbeit von Markus Weidinger mit dem Titel „Medizintechnik – Physikalische Funktionsprinzipien und Anregungen für den Physikunterricht“ von didaktischer Relevanz.

Nach einer Begründung, warum man im Physikunterricht auf Medizintechnik eingehen soll (Kapitel I), werden in dieser schriftlichen Hausarbeit drei Themenkomplexe behandelt: Erstens wird das Prinzip der Computer-tomographie erklärt (Kapitel II), zweitens auf Methoden der Blutdruck- und Pulsmessung eingegangen (Kapitel III) und drittens die Messung der Körpertemperatur behandelt (Kapitel IV). Die Kapitel unterteilen sich immer in zwei Teile. Im ersten Teil wird die physikalisch-technische Funktionsweise des jeweiligen medizinischen Untersuchungs-verfahrens beschrieben. Dabei findet neben den physikalischen Aspekten deren technische Realisierung Beachtung. Im zweiten Teil werden didaktische Überlegungen zur Umsetzung dieser Themen im Physikunterricht durchgeführt und Versuche oder Arbeitmaterialien vorgestellt.

 
   Beispiel: Induktive Sensoren zur invasiven Blutdruckmessung
 
Bei chirurgischen Eingriffen misst man den Blutdruck kontinuierlich und direkt in der Blutbahn (invasiv). Der Blutdruck wird entweder über einen mit Salzlösung gefüllten Katheder an einen Druckmesswandler außerhalb des Blutgefäßes übertragen (extravaskulär) oder es wird direkt der Druckmesswandler in das Blutgefäß eingeführt (intravaskulär). Der Druckmesswandler besteht meist aus einer Membran, die durch den Druck ausgelenkt wird, und einem Druck-sensor, der die Auslenkungen in Spannungen umformt. Die Membranauslenkung wird mit Dehnungsmessstreifen, mit kapazitiven Sensoren oder mit induktiven Sensoren gemessen. Bei induktiven Sensoren verändert ein an die Membran gekoppelter Ferritkern eine Induktivität oder verstimmt einen Differentialtransformator.

Hier werden neue Schulversuche zu den induktiven Sensoren vorgestellt. Sie zeigen, wie man mit einfachen Mitteln im Physikunterricht demonstrieren kann, wie eine eine Auslenkung in ein proportionales Spannungssignal übertragen wird. [zur Beschreibung der Schulversuche zu induktiven Sensoren]

 
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Inhaltsverzeichnis [Download als pdf, 16 kB]


 

Text von Kapitel I: Motivation zum Thema Medizintechnik
Text von Kapitel II: Wie funktioniert die Computertomographie?
Text von Kapitel III: Messung am Herz-Kreislaufsystem
Text von Kapitel IV: Messung der Körpertemperatur
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Folie und Arbeitsblätter zur Computertomographie?
Arbeitsblätter zum Blutdruck
Arbeitsblätter zur Temperaturmessung
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Die vollständige schriftliche Hausarbeit [Download als pdf, 8,5 MB]
 
 
   Modellversuch zum digitalen Fieberthermometer
 
Jeder kennt die digitalen Fieberthermometer, die mit einem temperaturabhängigen Widerstand funktionieren. Hier wird ein Analogieversuch zur Temperaturmessung mit einem NTC-Widerstand vorgeschlagen, der sich zum Einsatz bei der Behandlung der Spannungsteilerschaltung eignet. Es wird gezeigt, wie durch eine geeignete Wahl eines ohmschen Widerstandes eine Linearisierung des Ausgangssignals erzielt werden kann.
 [zur Beschreibung der Schulversuche zum digitalen Fieberthermometer]
 
   Veröffentlichung
 
WEIDINGER, M; WILHELM, T.
Differenzbildung bei Sensoren - Differentialtransformator und Differenzspulensensor im Unterricht
In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule 57, Nr. 4, 2008, S. 5 - 9
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| Prof. Dr. Thomas Wilhelm, Institut für Didaktik der Physik, Universität Frankfurt, Max-von-Laue-Str. 1, 60438 Frankfurt am Main |
| vorher: Didaktik der Physik, Universität Augsburg |
| ehemals: Lehrstuhl für Physik und ihre Didaktik, Universität Würzburg |
 
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