ПРОГРАММА КУРСА
Общее количество часов (трудоемкость) - 18
лекции -7
практические занятия -2
Контрольные мероприятия: зачет
Разработчик программы: д.б.н., Ф.А.Бляхман, к.ф-м.н. С.Ю.Соколов.
Краткий курс содержит
изложение физических методов, наиболее широко
используемых в биологии и медицине для решения
исследовательских и диагностических задач. Курс
расcчитан на студентов физико-математических
специальностей, имеющих базовые знания о природе
физических методов и явлений, лежащих в их
основе. Исходя из этого, цель курса -
продемонстрировать слушателям как и где
известные физические методы применяются на
практике в биологии и медицине.
Актуальность настоящего курса
продиктована стремительным развитием
экспериментальной биологии и медицины,
связанным, прежде всего, с появлением высоких
технологий исследований и диагностики (ЯМР,
рентгено- и ультразвуковая графия и др.), в основе
которых лежат физические процессы. Учитывая это,
легко понять, что знания специалистов физиков
должны, и в ближайшее время будут широко
востребованы биологией и медициной. Помочь
физику найти свое место в данном процессе - есть
задача настоящего курса.
I. Введение в курс.
Цель и задачи спецкурса.
Задачи физических методов исследований,
применяемых в биологии и медицине. Краткая
история появления и развития некоторых
современных методов.
Понятие инвазивного и неинвазивного
метода. Классификация физических методов,
применяемых в биологии и медицине:
- по используемому физическому явлению;
- по объекту исследования;
- по типу обработки;
- по решаемым задачам ( исследование, диагностика,
лечение).
II Исследование структуры органов и тканей - понятие морфологии.
2.1. Оптические методы. Электронная микроскопия и ее роль в молекулярной биологии, примеры конкретного применения.
2.2.Использование ультразвука. Особенности распространения ультразвука (УЗ) в живых средах. Задачи, решаемые с применением УЗ. Формирование сигнала. Измерение линейных размеров. Разрешающая способность по линейной координате. Измерение угловых координат. Разрешающая способность по углу.
2.3.Рентгенография. Рентгеновская томография и ее недостатки. Компьютерная томография. Схемы сбора исходных данных. Алгебраические методы восстановления изображения внутренней структуры объектов. Преобразование Радона. Связь преобразования Радона с многомерным преобразованием Фурье. Восстановление изображения путем двухмерного преобразования Фурье. Обратное преобразование Радона. Сравнение методов восстановления структуры по вычислительной сложности.
2.4. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Спектры ЯМР жидкостей и твердых тел. Связь времен релаксаций с шириной линии спектра. Импульсные методы наблюдения ЯМР. Фурье спектроскопия. Двухмерная Фурье спектроскопия. ЯМР интроскопия. Связь методов интроскопии и спектроскопии. Преимущества ЯМР интроскопии. ЯМР томография. Способы формирования изображения.
2.5.Радиоизотопная интроскопия: методика, оборудование, область применения, достоинства.
III Исследование функции органов и тканей.
3.1. Биомеханика. Принципы постановки экспериментов по исследованию биологической подвижности. Связь между выбранным методом и уровнем организации исследуемого объекта. Понятие механических переменных. Активные и пассивные свойства биополимеров. Методы молекулярной биологии и органного уровня. Методы экспериментального моделирования на изолированных объектах и животных.
3.2. Ультразвук как метод исследования функции движения биологических объектов. Регистрация отраженного сигнала: А-режим, В-режим, М-режим; формирование 2-D изображения; проблемы, возникающие при регистрации сигнала и пути их решения. Формирования 3-D изображения. Проблема временной синхронизации для наблюдения движущихся объектов. Вторичная обработка УЗ изображений. Проблемы автоматизации обработки.
3.3. Эффект Доплера и измерение скорости движения крови и органов. Точность измерения скорости. Совместное измерение скорости и линейной координаты.
3.4. Биоэлектрика. Причины появления электрических процессов в различных биологических тканях. Распространение возбуждения. Методы электрографии. Виды регистрируемых сигналов и их параметры. Помехи. Задачи, стоящие перед устройством первичной обработки. Алгоритмы фильтрации помех. Вторичная обработка наблюдаемых сигналов. Использование методов по распознаванию образов.
IV. Использование физических методов для лечения.
Гальванизация и электрофорез. Ультразвук. Лучевая терапия. Лазеры. Магнитотерапия. Искусственная электрокардиостимуляция. Дефибрилятор. Токи УВЧ.