Взаимодействие физических полей с биологическим объектом

1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Цели освоения дисциплины:
в области обучения – формирование у обучающихся знаний в области применения
физических полей для исследования человеческого организма с целью диагностики его
состояния, а также терапевтического воздействия;
в области воспитания – научить эффективно работать индивидуально и в команде,
проявлять умения и навыки, необходимые для профессионального, личностного развития;
в области развития – подготовка студентов к дальнейшему освоению новых
профессиональных знаний и умений, самообучению, непрерывному профессиональному
самосовершенствованию.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Дисциплина «Взаимодействие физических полей с биологическим объектом»
относится вариативной части вариативного междисциплинарного профессионально
модуля магистерской ООП.
Для успешного усвоения данного предмета необходимо знание следующих дисциплин:
«Физика», «Биохимия», «Биология человека и животных», «Основы физиологии
человека», «Биофизические основы живых систем».
3. Результаты освоения дисциплины
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины «Взаимодействие
физических полей с биологическим объектом» направлено на формирование у студентов
следующих компетенций (результатов обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной
дисциплины
Результаты
обучения
(компетенци
и из ФГОС)
Составляющие результатов обучения
Код
Знания
З1.2
принципы
системного
подхода, на
которых базируется
анализ и синтез
биотехнических
систем
Р1
(ОПК-1, ПК1, ПК-5, ПК6)
З2.2
Р2
(ОПК-1,
ОПК-2, ПК-1)
Код
Умения
разрабатывать
У1.5 структуру
медицинских
диагностических,
исследовательских и
информационных
комплексов и
оптимизировать
состав их
элементов
особенности
У2.3 формулировать
биологических
задачи
систем как
инженерной
элементов
реализации
измерительных и
перспективных
управляющих
направлений
технических систем
развития
биомедицинской
и экологической
инженерии
Код
В1.
5
В2.
2
Владение
опытом
методами
расчета
основных
функциональных
характеристик
биотехнических
систем
навыками
методологического
анализа научного
исследования и
его результатов.
З3.2
Р3
(ПК-1, ПК2, ПК-3
ПК-4,)
З4.2
Р4
(ПК-1, ПК2, ПК-6)
Р6
(ПК-6)
З4.3
методы и средства
диагностики и
прогнозирования,
применяемые в
биотехнических
системах,
аппаратные и
программные
средства,
необходимые
исследователю для
автоматизированног
о анализа
биомедицинской
информации при
проведении
экспериментов
классификацию и
структуры
биотехнических
систем и
технологий
различного типа;
примеры
реализации
биотехнических
систем и
технологий оценки,
контроля и
управления
состоянием и
поведением живых
организмов
У3.1 применять
методы
диагностических
исследований
В3.
1
В3.
2
У4.4
разрабатывать
В4.
структуру
1
медицинских
диагностических,
исследовательски
х
и
информационных
комплексов
и
оптимизировать
состав
их
элементов.
разрабатывать
принципиальные
электрические
схемы, чертежи
конструкции
и
технические
рисунки изделий.
У6.1 выполнять
В6.
проекты
1
технического
обеспечения
биотехнических
систем на базе
типовых средств;
схемами
технического
сопровождения
лечебнодиагностическог
о процесса
работы с
современными
аппаратными и
программными
средствами
исследования
биотехнических
систем
методами
расчета
основных
функциональных
характеристик
биотехнических
систем
У4.5
З6.1
этапы и стадии
жизненного цикла
медицинской
техники;
З6.2
проблемы
обеспечения
надежной работы
технических
У6.2 грамотно
средств в условиях
использовать
медикоправовые основы
биологической
и
нормативные
организации
документы,
В6.
регламентирующи 2
е
методики
обслуживания и
навыками
использования
основных
технологических
процессов
обслуживания
медицинской
техники;
навыками
применения
методов оценки
надежности,
испытания
на
безопасность
обслуживания
Р12
метрологическое
обеспечение
медицинской
техники
З12. виды
У12.1 самообучаться
1 самостоятельной
для
решения
образовательной
жизненных
деятельности для
проблем
и
профессионального
достижения
,
личностного,
профессиональны
социального
и
х целей;
культурного
развития;
У12. использовать
в
2
качестве
З12. дидактические
источника
2 принципы
самообучения
формирования
собственный
З12. программ
профессиональны
2
самообразования
й и жизненный
опыт, а также
опыт других
медицинской
техники
В12
.1В
12.
В12
.1
управления
временными,
пространственны
ми,
профессиональн
ыми
и
социальными
факторами,
влияющими на
процессы
самообучения,
В результате освоения дисциплины «Применение ультразвука в медицине»
студентом должны быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины
№ п/п
Результат
РД1
Знать физические закономерности взаимодействия полей различной
природы с биологическими объектами
РД2
Знать биофизические эффекты воздействия различных полей и их
практическое использование в медицинских целях.
РД3
Уметь согласовывать параметры воздействующих полей с биологическими
параметрами организма.
РД4
Уметь использовать приобретѐнные знания для решения задач по
взаимодействию физических полей с биообъектами;
4. Структура и содержание дисциплины
Введение.
Понятие БТС. ЭМИ. Структура энергетических уровней.
Раздел 1. Взаимодействие ионизирующих излучений с биологическими
объектами. Определение и классификация ионизирующих излучений. Естественные и
искусственные источники ионизирующего излучения. Радиоактивность. Количественные
характеристики взаимодействия ионизирующего излучения с веществом. Вторичные
физические эффекты. Дозиметрия ионизирующих излучений. Физико-химические
эффекты. Прямое и непрямое действие. Действие на ДНК, белки, липиды и углеводы.
Действие ИИ на клеточный метаболизм. Генетические и соматические эффекты.
Основные стадии радиационного поражения. Действие радиопротекторов и
радиосенсибилизаторов.
Лабораторная работа № 1
Исследование фотодинамического действия света на клеточные структуры.
Раздел 2. Взаимодействие УФ- , видимого- и ИК-излучения с биологическими
объектами. Понятие о фотобиологии и фотомедицине.
Классификация фотобиологических процессов. Типы физиологических реакций.
Основные стадии фотобиопроцессов. Основные каналы преобразования поглощенной
энергии. Элементарные фотохимические реакции. Оптические свойства различных
биотканей. Особенности распространения излучения в мутных средах. Оптические
свойства кожи.
Действие УФ излучения на биообъекты. Бактерицидное действие УФ излучения.
Особенности взаимодействия с биообъектами излучения видимого диапазона. Принципы
фотодинамической терапии (ФДТ). Свойства ИК излучения. Основные механизмы действия
ИК излучения на биообъекты. Тепловые параметры живого организма: температура тела,
теплопродукция, теплоотдача. Тепловые биологические эффекты при нагревании биоткани.
Лабораторная работа № 2
Исследование тепловых полей биообъектов с помощью ИК тепловизора.
Раздел 3. Использование электромагнитных излучений оптического
диапазона в терапии и диагностике.
Особенности лазерного излучения. Применение лазеров в биомедицине для
диагностики. Флуоресцентная диагностика. Светотерапия. Лазеротерапия. Лазерная
хирургия. Использование ИК-излучения. Тепловидение.
Лабораторная работа № 3
Исследование рассеивающих свойств биосред в оптическом диапазоне
Раздел 4. Основы взаимодействия ЭМП с биообъектами.
Электромагнитные поля (ЭМП) естественного и искусственного происхождения.
Реакция биообъектов на ЭМП. Физиологические эффекты при действии ЭМП.
Физические механизмы действия ЭМП на живые структуры. Модель биоткани для
низкочастотного и высокочастотногоЭМП. Магнитные свойства биоклеток и тканей. Тело
человека во внешнем низкочастотном (НЧ) ЭМП. Действие постоянного, переменного
периодического и импульсного полей. Различие в действии НЧ и ВЧ полей, их
применение в терапии и диагностике. Резонансные эффекты взаимодействия ЭМП с
организмами. Физиологически активные частоты.
Лабораторная работа № 4
Исследование теплового нагрева при действии УВЧ полей
Раздел 5. Основы взаимодействия УЗ с биологическими объектами
Физическая химия и биофизика ультразвука. Волны в упругих средах. УЗ поле.
Затухание и отражение УЗ. Искажение формы УЗ волны в реальных условиях.
Акустические течения. Коллоидный вибропотенциал в механизме биологического
действия УЗ. Ультразвуковая кавитация. УЗ химические реакции. Влияние УЗ на воду и
вводные растворы. Кавитация в тканях под действием НЧ и ВЧ УЗ. Кавитация в тканях
под действием «диагностического» ультразвука. Излучатели и приѐмники УЗ. УЗ методы
терапии и диагностики.
Лабораторная работа № 5
Измерение параметров воздействия при ультразвуковой терапии.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
6.1. Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую проблемноориентированную самостоятельную работу (ТСР).
Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента, развитие
практических умений и включает:
●
работа с лекционным материалом;
●
обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально
заданной проблеме (рекомендуется в случае недостаточного усвоения
материала, а также студентам, пропустившим аудиторные занятия по какойлибо теме);
●
опережающая самостоятельная работа;
●
изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку (используется для
тем, не вошедших из-за недостатка времени в лекционный курс, но имеющих
непосредственное отношение к данной дисциплине);
●
подготовка к практическим занятиям;
●
подготовка к контрольным работам, к зачету.
Творческая самостоятельная работа включает:
●
поиск, анализ, структурирование и презентация информации;
●
исследовательская работа и участие в научных студенческих конференциях,
семинарах и олимпиадах;
●
анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме.
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется следующим образом:
●
контроль со стороны преподавателя: проведение контрольных работ, защит
лабораторных работ, презентация индивидуального задания;
●
особенностью современного этапа совершенствования контроля является
развитие у студентов навыков самоконтроля за степенью усвоения учебного
материала, умение самостоятельно находить допущенные ошибки неточности,
а также способы устранения выявленных недостатков.
7. Средства текущей и промежуточной оценки качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих
контролирующих мероприятий:
Контролирующие мероприятия
Результаты
обучения по
дисциплине
Контрольные работы
РД1, РД2, РД3
Защита лабораторных работ
РД1, РД3, РД4
Презентация индивидуального задания во время проведения конференц- РД1, РД2, РД3,
недели
Экзамент
РД1, РД2, РД3,
РД4
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации
обучающихся осуществляется в соответствии с «Положением о проведении текущего
оценивания и промежуточной аттестации в ТПУ», утвержденным приказом ректора в
действующей редакции.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
 текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы
на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач,
выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение семестра
(оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра
студент должен набрать не менее 33 баллов);
 промежуточная аттестация (экзамен) производится в конце семестра (оценивается в
баллах (максимально 40 баллов), на экзамене студент должен набрать не менее 22
баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных
в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг
соответствует 100 баллам.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература:
1. Вихров С.П., Холомина Т.А., Гривенная Н.В.. Взаимодействие естественных и
искусственных полей и излучений с биологическими объектами. Москва, 2009.
2. Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с
биологическими объектами. Воздействие ионизирующего и оптического излучения:
Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 240 с.
3. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. Учебник для вузов. М.: Дрофа,
2004.
Дополнительная:
1. Л.С. Жорина, Г.Н. Змиевский. Основы взаимодействия физических полей с
биологическими объектами. Воздействие ионизирующего и оптического излучения.
Москва, Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана. 2006.
2. Акопян В. П. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. М.:
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
№
п/п
1
Наименование (компьютерные классы, учебные
лаборатории, оборудование)
Лаборатория электронно-медицинской аппаратуры (У)
1. Аппарат "Амплипульс-5" – 1 шт.
2. Аппарат "Тонус-1"ДТ-50-3 – 1 шт.
3. Прибор УВЧ – 1 шт.
4. Фотоколориметр однолучевой КФО – 1 шт.
5. Электрокоагулятор ЭК 30 В1 – 2шт.
6. УВЧ прибор “Минитерм” – 1 шт.
7. Генератор Г 3-112 – 2 шт.
8. Осциллограф С 1-76 – 2 шт.
9. Осциллограф GDS-71022 – 3 шт.
10. Компьютер – 2 шт.
11. Прибор "Рефлекс" – 1 шт.
12. Источник питания HY 3002 – 2 шт.
Корпус, ауд.,
количество
установок
Корпус 16в,
ауд. 322,
12 раб.мест
Лаборатория медицинской аппаратуры для функциональной
диагностики (Учебно-научная)
Корпус 16в,
ауд. 321,
5 раб.мест
Компьютер – 5 шт.
Анализатор эхо-сигналов Ангидион - ЭХО/М – 1 шт.
Оксиметр пульсовой ОП-32.1 “Тритон” – 1 шт.
Ультразвуковая диагностическая система SonoScape SSI600 портативная – 1 шт.
Лаборатория ультразвуковой техники (У)
Корпус 16в,
ауд. 325,
1. Аппарат УЗТ 1.07Ф для ультразвуковой терапии – 1 шт.
8 раб.мест
2. Прибор индикатор потока крови ультразвуковой – 1 шт.
1.
2.
3.
4.
Лаборатория лазерной техники (У)
1. Гелий-неоновый лазер ЛГ-56 – 1 шт.
2. Полупроводниковые лазеры – 3 шт.
3. Лазер на парах меди – 1 шт.
4. Измеритель мощности лазерного излучения ИМО-2Н – 1 шт.
5. Прибор PD 300 Фотодиодная головка – 1 шт.
6. Прибор Фотодиод DET 10A/M – 2 шт.
7. Защитные очки.
8. Оптические элементы – 1 комплект.
9. Спектральный прибор (монохроматор МДР-23) – 1 шт.
10. Оптическая скамья – 1 шт.
Лаборатория медицинской техники для лабораторных
исследований (Научно-учебная)
Гемоглобинометр "Минигем540" – 1 шт.
Спектрофотометр ПЭ-5400В – 1 шт.
Микроскоп монокулярный – 2 шт.
Камера
видеонаблюдения
DiGiVi
1/3"SAMSUNG WINNER – 1 шт.
5. Термостат ТС-1/80 СПУ – 1 шт.
6. Холодильник – 1 шт.
7. Компьютер – 1 шт.
1.
2.
3.
4.
Корпус 16в,
ауд. 101,
4 раб.места
CM-CH2-W5
Программа составлена на основе СУОС ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по
направлению подготовки 12.04.04 «Биотехнические системы и технологии» и профилю
«Медико-биологические аппараты, системы и комплексы».
Программа одобрена на заседании
кафедры промышленной и медицинской электроники
Института неразрушающего контроля
(протокол № 12.15 от « 19 » июня 2015 г.)
Автор: Аристов Александр Александрович
Рецензент(ы) Фокин Александр Васильевич