Аннотация программ учебных курсов специализации
"медицинская физика".

Ядерная медицина.

    Методы и средства радиоизотопной диагностики. Детекторы ионизирующих излучений. Радиофармпрепараты. Статистическая и динамическая планарная сцинтиграфия. Эмиссионная компьютерная томография.
    Ядерно-физические методы элементного анализа. Основы активационного анализа. Гамма-спектрометрия для активационного анализа. Основы рентгенофлуоресцентного анализа. Источники возбуждения и методы регистрации. Аналитические характеристики активационного и флуоресцентного анализа. Обеспечение безопасности.

Радиационная физика.

    Применение излучении в медицине и биологии; классификация видов излучений по типу взаимодействия с биологической средой; распространение ионизирующих излучений в веществе; основы защиты от излучении; экспериментальные и теоретические основы методов исследования характеристик излучения: физические, химические, биологические, модельные; дозиметрия и контроль при облучении; метрология; безопасность при использовании излучений; физические основы применения излучении при изучении биологических структур, в диагностике и терапии заболеваний.

Медицинские ускорители и нейтронные пучки.

    Принципы ускорения заряженных частиц. Циклические ускорители. Линейные ускорители.
    Циклические ускорители. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Циклотрон. Синхроциклотрон. Фокусирующие свойства электрических и магнитных полей. Поперечное движение частиц в циклотронах. Жесткая фокусировка. Продольная устойчивость. Принцип автофазировки.
Изохронный циклотрон. Вариация магнитного поля. Условие изохронизма.
    Вывод частиц из ускорителя. Формирование и управление медицинскими пучками протонов и ионов. Магнитные линзы. Фокусное расстояние. Соотношение объект-изображение. Измерение параметров пучков заряженных частиц.

Основы радиобиологии.

    Радиобиология - наука о закономерностях воздействия ионизирующего излучения на биологические объекты. Фундаментальные и прикладные аспекты развития радиобиологической науки. Основные объекты исследования в современной количественной радиобиологии. Методы исследования. Тест-эффекты на молекулярном, клеточном и организменном уровнях.
    Первичные процессы поглощения энергии ионизирующего излучения в биологической среде. Экспериментальные и теоретические методы определения основных характеристик передачи и поглощения энергии ионизирующего излучения биологическим объектам. Основные закономерности действия ионизирующего излучения разных энергий и видов на макромолекулы, клетки. Относительная биологическая эффективность. Репарация и восстановление повреждений. Модификация. Стадии действия ионизирующего излучения на биологические объекты. Временные и пространственные масштабы. Прямое и косвенное действие ионизирующего излучения. Физические механизмы повреждения биоструктур под действием ионизирующего излучения. Концепция ЛПЭ. Микродозиметрический подход. Структура трека. Миграция энергии.
    Особенности размена энергии, радиационно-химического и биологического действия медленных тяжелых заряженных частиц. Относительная роль упругих и неупругих процессов передачи энергии веществу в радиационно-химических, радиационно-физических и радиобиологических эффектах.
    Биофизическое моделирование радиобиологических эффектов. Теория мишени. Принцип попадания. Вероятностные и физические модели. Закономерности биологического действия нейтронов. Размен энергии нейтронов в тканеэквивалентном веществе. ОБЭ нейтронов разных энергий. Нейтроны в терапии опухолей. Нейтроно-соударная и нейтроно-захватная терапии.
    Механизм и физико-химические последствия распада радионуклидов. Оже-излучатели в свободном и связанном состояниях. Трансмутации. Ядра отдачи. Генетические и летальные эффекты распада и инкорпорированных изотопов. Относительные роли излучения и трансмутаций.
    Действие ионизирующего излучения на органы и организм. Реакции отдельных органов и организма в целом. Стохастические и нестохастические эффекты. Биофизические подходы к определению степени воздействия ионизирующего излучения на организм. Качество излучения. Эффективная и эквивалентная дозы. Отдаленные последствия облучения организма. Внешнее и внутреннее облучения.
    Комбинированное действие. Концепции риска. Радиобиологические основы применения ионизирующего излучения в терапии, разработке норм радиационной безопасности, оптимизации радиоизотопной диагностики, разработке методов и принципов в радиоэкологии.

Физические основы лучевой терапии.

    Источники излучения,технические средства и техника брахиотерапии. Планирование брахиотерапии. Методы и средства. Открытые терапевтические радионуклиды. Их характеристики. Распределения в организме. Методы регистрации.
    Формирование дозных полей в дистанционной лучевой терапии. Дозные поля. Источники излучения. Параметры условий облучения и характеристики дозных распределений. Базисные параметры условий облучения. Метрики сравнения дозных полей и условий облучения. Базисный ряд источников излучения по энергиям гамма-квантов. Суперпозиция дозных полей. Базисные поля для различных условий облучения.
    Статистические и динамические методы формирования дозных полей. Клиновидные фильтры. Блоки. Решетки. Управляемые динамические фильтры. Задача оптимизации условий облучения. Метод линейного программирования. Задание исходной информации. Критические органы и ткани. Минимаксный метод решения задачи оптимизации. Эвристический метод решения задачи оптимизации. Нелинейный характер оптимизационных задач. Методы сокращения размерности задач оптимизации.
   Физико-технические аспекты гарантии качества лучевой терапии. История развития обеспечения ГКЛТ. Медико-биологические предпосылки ГКЛТ. Допустимые отклонения параметров условий облучения. Типы и виды случайных и систематических ошибок.

    Магнитные моменты ядер. Пиромагнетизм и ферромагнетизм. Инверсная заселенность. Вращающаяся система координат. Ларморовская прецессия. Уравнение Блоха. Импульсные магнитные поля. Релаксация. Типы импульсных полей. Зависимость времени релаксации от свойств Среды. Спиновое эхо. Пространственное развитие магнитного поля. Восстановление изображения. Устройство ЯМР-томографа. Резистивные и сверхпроводящие магниты и характеристики томографов. Развитие ЯМР-томографии.

    Принципы устройства трансмиссионных томографов. Математическая постановка задачи. Определение преобразования Радона и связь с преобразованием Фурье. Двумерное преобразование Фурье. Пространства Соболева. Обобщенные функции с ограниченным носителем. Специальные функции. Математическое определение преобразования Радона. Формулы обращения преобразования Радона. Функциональные пространства, связанные с преобразованием Радона. Обращение преобразования Радона как некорректная задача. Оценки разрешающей способности. Способы дискретизации. Дискретное преобразование Фурье. Алгоритмы быстрого преобразования Фурье и их компьютерные реализации. Алгебраические алгоритмы реконструкции. Другие алгоритмы реконструкции. Методы фильтрации изображений. Компьютерные методы визуализации. Компьютерные методы анализа изображений. Методы повышения качества изображений. Понятие о задаче распознавания образов. Задачи с неполными данными. Задачи с учетом поглощения.

Неионизирующие излучения в медицине.

Радиобиологические аспекты действия неионизирующих излучений; УФ-, видимый и ИК-свет; электромагнитное излучение СВЧ-, УВЧ- и РЧ-диапазонов; электромагнитное и магнитное излучение; ультразвук; биологические эффекты неионизирующих излучений; гигиеническое нормирование; применение неионизирующих излучений для диагностики и терапии; неионизирующее излучение в окружающей среде и их опасность.

    Принципы устройства и работы лазеров. Свойства лазерного излучения. Основные типы лазеров. Взаимодействие оптического излучения с атомами и молекулами вещества. Фотопревращения биомолекул. Фотопревращения парафинов, пигментов желчи, гемоглобина, белков, аминокислот и др. Фотопревращения лекарственных препаратов. Физические основы применения низкоинтенсивного лазерного излучения. Фотофизические и фотохимические реакции, индуцированные лазерным излучением. Фотобиологические процессы. Физико-химические основы действия лазерного излучения в красной области спектра. Физические основы использования лазеров в хирургии. Тепловое воздействие лазерного излучения. Лазерная плазма. Фотокаугуляция и фотоиспарение тканей. Разрушение тканей. Физические основы использования лазеров в диагностике. Флуоресцентная спектроскопия. Доплерография.

    Элементы общей акустики. Основные определения и соотношения линейной акустики. Волновое уравнение. Нелинейные эффекты в жидких средах. Генерация акустических полей и их структура. Формирование акустических пучков. Спин-фононное взаимодействие. Акустический парамагнитный резонанс, акустический ядерный магнитный резонанс. Магнитоупругое рассеяние, кавитация.
    Излучатели ультразвука. Пьезоэлектрические, магнитострикционные, электродинамические излучатели, излучаемая акустическая мощность, КПД. Управление ультразвуковым излучением. Усиление, преобразование, фокусировка ультразвука, ультразвуковые линзы, рефлекторы, концентраторы. Приемники и индикаторы ультразвуковых волн. Электроакустические, электростатические, пьезоэлектрические, магнитострикционные преобразователи. Детекторы смещения. Измерение радиационного давления. Калориметры. Ультразвук в биологии и медицине. Акустические характеристики биологических тканей. Действие ультразвука на биологические объекты - тепловое, механическое, физико-химическое. Ультразвуковая диагностика - импульсные, фазовые, доплеровские методы эхолокации, интерферометрия. Ультразвуковая голография, томография. Ультразвуковая терапия и хирургия. Обеспечение безопасности.

Общая акустика.

    Система акустических уравнений и ее линеаризация. Лапласова и Ньютонова скорости звука. Волновое уравнение. Гармонические волны. Дисперсия звуковых волн. Пространственный и частотный спектр. Распространение широкополосного сигнала. Поршневое излучение. Модуляция. Энергия и импульс звуковых волн. Отражение и прохождение звуковых волн. Сферически симметричные волны. Излучение звука. Монополь. Диполь. Мультиполь. Геометрическая акустика. Рассеяние звука. Различные виды препятствий (малое препятствие, большое препятствие, пузырек в жидкости). Рассеяние в неоднородной среде и на слабо шероховатой поверхности. Поглощение звука. Акустика твердого тела. Характеристики твердого тела, уравнения акустики в твердом теле, типы волн в твердом теле (волны Рэлея, Лява и др.) .Элементы нелинейной акустики (Ударные волны, взаимодействие волн, поправки высших порядков, нелинейные эффекты).

Математические методы обработки изображения.

    Устройства и методы ввода изображения в компьютер. Способы представления монохромных и цветных изображений в памяти компьютера. Методы визуализации изображений на дисплее компьютера. Предварительная обработка изображения. Методы фильтрации. Выявление артефактов. Сглаживание, контрастирование, псевдораскрашивание. Восприятие изображений и их интерпретация человеческим мозгом. Методы изображения на дисплее трехмерных объектов. Методы реконструкции изображений. Обзор количественных методов обработки изображений. Отбор характерных элементов и подсчет их количества. Способы измерения элементов. Способы выделения границ. Задача о распознавании образов. Общее понятие об ЭКГ. Методы фильтрации ЭКГ-сигналов. Распознавание характерных элементов ЭКГ и измерение параметров. Обработка ЭКГ в режиме реального времени

Математические методы обработки медико-биологической информации.

    Специальные главы математической статистики. Анализ статистической связи между порядковыми (ординальными) переменными. Понятие о ранговой корреляции. Анализ парных ранговых статистических связей. Анализ множественных ранговых связей. Анализ статистической связи между классификационными (номинальными) переменными. Таблицы сопряженности. Приписывание численных значений качественным переменным (дуальное шкалирование). Средства анализа и визуализации неколичественных данных. Алгоритмы оцифровки неколичественных переменных.
    Оценивание параметров регрессии в условиях мультиколлинеарности и отбор существенных предикторов. Явление мультиколлинеарности и его влияние на МНК-оценки. Регрессия на главные компоненты. Оценки, связанные с ортогональным разложением. Отбор существенных переменных в задачах линейной регрессии.
    Вычислительные аспекты методов минимизации. Методы спуска. Локальные методы. Методы поиска глобального минимума многоэкстремальных функций. Целенаправленное проецирование многомерных данных. Регрессия на основе целенаправленного проецирования. Проекции многомерных распределений и их свойства. Восстановление функции плотности распределения и связь с томографией.
    Статистическое распознавание образов. Основные принципы статистического распознавания. Формирование признакового пространства. Распознавание многомерных совокупностей. Принятие решений. Обучение e построение эталонных описаний классов. Параметрическое распознавание образов. Распознавание одномерных нормальных совокупностей. Распознавание многомерных нормальных совокупностей. Многоальтернативное распознавание. Непараметрическое распознавание образов. Одномерное непараметрическое распознавание. Многомерное непараметрическое распознавание. Многоальтернативное непараметрическое распределение. Оптимизация временных и пространственных распознающих систем. Практические алгоритмы распознавания.

    Область применения математических методов в медицине; биологическая изменчивость и вероятность; случайные процессы; многомерные процессы; модель мутаций у бактерий; модель системы хищник-жертва; математические модели теории эпидемий; детерминистическая и стохастическая математические модели; цепочечно-биноминальные модели; математические модели в иммунологии; математическая модель инфекционного заболевания; моделирование в фармакологии и химиотерапии; оптимальное дозирование и теория управления; проблема побочного эффекта; процесс управления клиническим лечением и ограничения.

    Электрофизиологические методы исследований. Классификация сигналов. Измерительные преобразователи. Аналоговые и аналого-цифровые методы обработки медико-биологической информации. Пассивные и активные аналоговые фильтры. Базовые аналоговые схемы. Базовые логические схемы. Линейные и нелинейные преобразования. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Специальные микропроцессоры и контроллеры. Характеристики биофизических полей. Источники артефактов. Основные электронные измерительно-диагностические системы. Принципы электрофизиотерапевтических устройств.

    Терминология; методы; иерархическая организация живого человека: клетка, ткань, орган, система органов; гемеостаз; регуляторные системы организма: нервная, эндокринная, иммунная; адаптация, хронобиология, десинхрозы, стресс; анатомия и физиология основных систем организма: сердечно-сосудистая, дыхательная, органы пищеварения, мочеполовая система, органы размножения, опорно-двигательный аппарат, органы чувств, центральная и периферическая нервные системы, психофизиологические процессы.

    Эволюционное учение; аксиомы современной биологии; биологическая систематика; цитология; хромосомная теория наследственности: ДНК, гены, хромосомы, законы Менделя, молекулярная генетика, генетический код, генетика человека и популяций; типы живых существ: протисты и монеры, растения, беспозвоночные, хордовые, высшие организмы; гемеостаз и обмен; пол и размножение; нервная система и психика; соотношение биологического и социального; норма и патология на молекулярном, клеточном и организменном уровне; наследственность и соматические болезни; современные проблемы и направления биологических исследований.

    Химические связи в биомолекулах; мономеры и биополимеры; белки и аминокислоты; нуклезиды и нуклеотиды; РНК и ДНК: структура, двойная спираль ДНК; ферменты: механизмы, активаторы и ингибиторы, изоферменты; витамины; микроэлементы; гормоны; обмен веществ: ассимиляция и диссимиляция, питание, промежуточный обмен, метаболизм и катаболизм; химия и обмен углеводов; химия и обмен липидов; биоэнергетика; белковый обмен; биосинтез белков; интеграция белкового, липидного и углеводного обменов; биохимия жидкостей, органов и тканей; нейрохимия; биохимия мышечного сокращения; свободные радикалы и возбужденные молекулы; эффекты ионизирующей радиации; физико-химические основы клинической лабораторной диагностики.

Общая патология.

    Заболевания органов дыхания. Методы исследования органов дыхания. Рентгенологические методы, компьютерная томография, флюорография, радиоизотопное исследование, компьютерная спирография.
    Заболевания сердечно-сосудистой системы. Методы исследования сердечно-сосудистой системы. Измерение давления, электрокардиография, кардиография, рентгенологическая диагностика, ангиография, УЗИ сердца.
    Патофизиология желудочно-кишечного тракта. Методы исследования ЖКТ. Рентгено и радиологические методы исследования, УЗИ органов ЖКТ, гастроскопия.
    Патофизиология почек. Функциональные и лабораторные методы исследования почек: рентгенологические, томографические, радиологические, ангиографические, УЗИ.
    Патофизиология нервной системы. Электромиография, реоэнцефалография, краниография, электрорентгенография, ангиография, томография, термография, радионуклидная диагностика.
    Патофизиология опорно-двигательного аппарата. Методы исследования: томография, денситометрия, радионуклидные методы исследования.