1 - Кафедра оптики и биофотоники

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
____________________ физический факультет ____________________
(Наименование института, факультета)
УТВЕРЖДАЮ
Проректор СГУ по
учебно-методической работе
___________________ Е.Г.Елина
"__" ____________________20__ г.
Номер внутриуниверситетской регистрации
_______________
Рабочая программа дисциплины (модуля)
Статистическая биомедицинская оптика
(Наименование дисциплины (модуля)
Направление подготовки
_______Физика________
Профиль подготовки
Биофизика
Квалификация (степень)
______Бакалавр____
Форма обучения
__________очная_________
Саратов,2011 год
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Статистическая биомедицинская оптика»
являются: расширение и углубление знаний студентов по вопросам, связанных с
применением методов оптики спеклов в измерениях в области биологии и
медицины, позволяющего выпускнику успешно работать в избранной сфере
деятельности в РФ и за рубежом, обладать универсальными и предметно
специализированными компетенциями, способствующими его социальной
мобильности, востребованности на рынке труда и успешной профессиональной
карьере.
2.Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Статистическая биомедицинская оптика » относится к
профессиональному циклу ФТ, модулю ФТД1, читается в 7 семестре. Форма
итоговой аттестации — зачет.
Последовательность изучения основных разделов курса, в большой степени
отвечает построению изложения материала, принятому в монографии Е. I.
Galanzha, G. Е. Brill, Y. Aizu, S. S. Ulyanov, V. V. Tuchin. Chapter 17. Speckle and
Doppler methods of blood and lymph flow monitoring. In the HANDBOOK of Optical
Biomedical Diagnostics. SPIE Press Monograph, 2002. Изложение материала,
посвященного взаимодействию лазерного излучения с биотканями проводится в
отвечает содержанию соответствующих разделов книги В.В. Тучин. Лазеры и
волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. Саратов: Изд-во Сарат.
Ун-та, 1998, 384 с.
Курс лекций преподается с использованием компьютерной сети. Лекционный
материал содержит множество конкретных примеров, которые разбираются в
интерактивном режиме. Изучение данного курса сопровождается выполнением
ряда лабораторных работ. При изучении курса «Статистическая биомедицинская
оптика » студенты должны иметь теоретическую подготовку по оптике,
физиологии, биофизике и основным разделам статистики. Студенты также
должны обладать начальными практическими навыками работы на компьютере.
Студенты также должны обладать начальными практическими навыками работы
на компьютере.
Контроль знаний поводится в виде тестирования.
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины (модуля)
В результате освоения дисциплины «Статистическая биомедицинская оптика»
должны формироваться в определенной части следующие компетенции:
общекультурные:
способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности
базовые знания в области математики и естественных наук (ОК-1);
способность
приобретать
новые
знания,
используя
современные
образовательные и информационные технологии (ОК-3);
способность к письменной и устной коммуникации на родном языке (ОК-13);
способность получить и использовать в своей деятельности знание
иностранного языка (ОК-14) – в части использования;
способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности
навыки работы с информацией из различных источников (ОК-16).
общепрофессиональные:
способность использовать специализированные знания в области физики для
освоения профильных физических дисциплин (в соответствии с профилем
подготовки) (ПК-4);
способность понимать и излагать получаемую информацию и представлять
результаты физических исследований (ПК-19).
Данный курс лекций носит не теоретический, а сугубо практический и
прикладной характер. В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать: принципы спекл-метрологии
•Уметь: применить методы оптики спеклов к при ипроведении биомедицинских
исследований
•Владеть: навыками применения набора стандартных методов статистической
обработки данных с использованием стандартных компьютерных программ.
4. Структура и содержание дисциплины (модуля)
«Статистическая биомедицинская оптика »
Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетную единицу, 54 часов,
включая 18 часов лекций, 18 часов практических занятий и 18 часов
самостоятельной работы.
4.1. Структура дисциплины
№
п/
п
Наименование раздела,
подраздела,
темы лекции
1 Что такое биоспеклы?
Основополагающие понятия.
Бюджет учебного времени
в том числе
сем нед Лек
Практ. Сам
ест еля ции
занятия ост.
р
рабо
та
7
1-3 Л6
П6
СР6
Форма
текущ.
и итог,
контр.
Как были обнаружены спеклы.
Развитые
спекл-поля. Частично-развитые
спеклы.
Динамика спеклов.
Интерференция
спеклов. Статистические
свойства
спекл-полей.
Спеклы с
гауссовой
статистикой. Спекл-поля с
негауссовой
Биоспеклы.
Динамика спеклов
и эффект
2 статистикой.
Доплера
статистические
Динамика спеклов при
закономерности.
дифракции
пучков с широким волновым
фронтом.
Эффект Доплера. Как связаны
между
собой динамика спеклов и
эффект
Доплера? Динамика спеклов при
малом
числе рассеивателей
5
4-6 Л6
П6
СР6
6 Взаимодействие лазерного
излучения с биотканями
5
7-9 Л6
П6
СР6
Распространение
немодулированного
излучения в случайных средах (на
примере биотканей). Ослабление
коллимированного пучка в
биотканях.
Коэффициенты поглощения
и
рассеяния. Основные уравнения
теории
переноса излучения. Фазовая
функция.
Функция Хеньи-Гринштейна.
Параметр
анизотропии рассеяния.
Диффузионная
теория. Модель Кубелки-Мунка.
Многопотоковые модели. Методы
Монте-Карло.
Спектроскопия
диффузионных волн.
Спектроскопия диффузионных
волн при малом числе
рассеивающих событий.
Применение спектроскопии
диффузионных волн в
диагностики микроциркуляции
крови.
18
Итого по всему курсу:
18
18
Зачет
54
3. Содержание учебной дисциплины
Содержание учебной дисциплины
Что такое биоспеклы?
Как были обнаружены спеклы. Развитые спекл-поля. Частично-развитые
спеклы. Динамика спеклов. Интерференция спеклов. Статистические
свойства спекл-полей. Спеклы с гауссовой статистикой. Спекл-поля с
негауссовой статистикой. Биоспеклы
Динамика спеклов и эффект Доплера
Динамика спеклов при дифракции пучков с широким волновым фронтом.
Эффект Доплера. Как связаны между собой динамика спеклов и эффект
Доплера? Динамика спеклов при малом числе рассеивателей
Распространение немодулированного излучения в биотканях. Ослабление
коллимированного пучка в биотканях. Коэффициенты поглощения и
рассеяния. Основные уравнения теории переноса излучения. Фазовая
функция. Функция Хеньи-Гринштейна. Параметр анизотропии рассеяния.
Диффузионная теория. Модель Кубелки-Мунка. Многопотоковые модели.
Методы Монте-Карло. Спектроскопия диффузионных волн. Спектроскопия
диффузионных волн при малом числе рассеивающих событий. Применение
спектроскопии диффузионных волн в диагностики микроциркуляции крови.
По выбору, в рамках выполнения самостоятельной работы студентам
предлагаются следующие лабораторные работы по курсу лекций
“
Статистическая биомедицинская оптика ”
[1] Лазерная спекл-микроскопия потоков крови в микрососудах.
[2] Доплеровская диагностика.
[3] Анализ контраста динамических спеклов (LASCA)
5. Образовательные технологии
1. Лекционные занятия с использованием мультимедийных средств.
2. Компьютерная сеть
6. Учебно-методическое
обеспечение
самостоятельной
работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Изучение
теоретического
материала
по
конспектам
лекций,
рекомендованным учебным пособиям, монографической учебной литературе,
справочным источникам; самостоятельное изучение некоторых теоретических
вопросов программы курса, нерассмотренных на лекциях; решение
рекомендованных задач из сборника задач по статистике; изучение
теоретического материала по методическим руководствам к практикуму по
статистике. Контроль выполнения осуществляется на последнем занятии в
форме тестирования.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
(модуля) «Статистическая биомедицинская оптика»
Основная литература
1. В.В. Тучин, Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях, 2-е издание,
Физматлит, 2010.
2. В.В. Тучин (ред.), Оптическая биомедицинская диагностика, том. 1, Москва, Физматлит,
2007.
3. В.В. Тучин (ред.), Оптическая биомедицинская диагностика, том. 2, Москва, Физматлит,
2007.
4. Гудмен Дж. Статистическая оптика, Москва, Мир, 1985, 527 с.
5. Ринкевичюс Б. С. Лазерная диагностика потоков, Москва, Издательство МЭИ, 1990,
288с.
6. Физиология кровообращения. Физиология сосудистой системы. Под. Редакцией
Б.И.Ткаченко. Ленинград, Наука, 1984 г., 652 с.
7. Мчедлишвили Г. И. Капиллярное кровообращение. Тбилиси: Изд. АН ГрузССР,
1958г. 110 с.
8. Чернух A.M., Александров П.Н., Алексеев О. В. Микроциркуляция. Москва, Медицина,
1975 г.,153 с.
9. В.В. Тучин. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. Саратов:
Изд-во Сарат. Ун-та, 1998, 384 с.
Дополнительная литература
1. Учебно-методические материалы по оптике, размещенные на Интернет-сайте кафедры
оптики и биомед. физики http://optics.sgu.ru
2. Ульянов С.С. Что такое спеклы? // Соросовский Образовательный Журнал.
1999.N5.C.112-116.
3. Конради Г. П. Регуляция, сосудистого тонуса. Л.: Наука, 1973. 325 с.
4.
Левтов В. А., Регирер С. А., Шадрина Н. X. Реология крови. М.: Медицина, 1982. 270 с.
5. Регирер С. А. Лекции по биологической механике. М.: Изд-во МГУ, 1980, ч. 1. 144 с.
6. Седов Л. И. Механика сплошной среды. Изд. 3-е. М.: Наука, 1976, т. 1, 492 с, т. 2, 568 с.
Изд. 4-е. М.: Наука, 1984.
7. Седов Л. И. Механика сплошной среды. Изд. 3-е. М.: Наука, 1976, т. 1, 492 с, т. 2, 568 с.
Изд. 4-е. М.: Наука, 1984.
8. Хаютин В. М. Сосудодвигательные рефлексы. М.: Наука, 1964. 376 с.
Материально-техническое
обеспечение
«Статистическая биомедицинская оптика »
1. Мультимедиа-проектор
2. Ноутбук
дисциплины
(модуля)
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю подготовки
_Физика, Биофизика .
Профессор кафедры оптики и биофотоники,
д.ф.-м.н., профессор
C.C. Ульянов
Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники СГУ
(указать наименование кафедры)
от ____2011___года, протокол № _________________.
Подписи:
Зав. кафедрой
Декан факультета
(факультет, где разрабатывалась
программа)
Декан факультета
(факультет, где реализуется
программа)
д.ф.-м.н. проф. В.В. Тучин
д.ф.-м.н., проф. В.А. Аникин
д.ф.-м.н., проф. В.А. Аникин