Реферат: Программа дисциплины Лазерные Медицинские системы для учебного плана кафедры бмт-1 по направлению подготовки дипломированного специалиста 653900 «Биомедицинская техника» по специальности

Министерство образования Российской федерации







Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
















«Утверждаю»


Первый проректор -

проректор по учебной работе

МГТУ им. Н.Э. Баумана


_______________ Е.Г. Юдин


«___» «___________» 2003 г.









Программа дисциплины








^ Лазерные Медицинские системы








для учебного плана кафедры БМТ-1


по направлению подготовки дипломированного специалиста

653900 – «Биомедицинская техника» по специальности

190500 Биотехнические и медицинские аппараты и системы





Виды учебных работ

Объём работ, час

Всего

10 семестр

11 семестр

17 недель

13 недель

Выделено на дисциплину

192

153

39

Аудиторная работа

102

102

-

Лекции

68

68

-

Лабораторные работы

34

34

-

Самостоятельная работа

90

51

39

Домашнее задание №1

15

15

-

Домашнее задание №2

15

15




Самостоятельное изучение материала

21

21




Курсовая работа

39

-

39

Сроки выполнения контрольных мероприятий (неделя выдачи – неделя сдачи)




Домашнее задание




(9,15)

-




Рубежный контроль




(10)

-




Курсовая работа 25%




-

4




Курсовая работа 50%




-

8




Курсовая работа 75%




-

12




Курсовая работа 100%




-

15




Контроль знаний




экзамен

зачет


Кафедра Биомедицинские технические системы (БМТ 1)

Факультет «Биомедицинская техника»

Программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального обр0000а0зования в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению подготовки дипломированного специалиста 653900 Биомедицинская техника по специальности 190500 Биотехнические и медицинские аппараты и системы.

Раздел 1. Цели и задачи дисциплины.

1.1. Общие цели. .

Подготовка специалистов к участию в создании новых лазерных медицинских приборов, аппаратов и комплексов для хирургии, терапии и диагностики, проектированию, расчету и моделированию основных функциональных узлов, разработке методик и проведению их технических и биомедицинских испытаний.

Приобретаемые профессиональные умения и навыки:

а) вести анализ и разработку структурных и функциональных схем;

б) разрабатывать и обосновывать медико-технические требования к лазерной аппаратуре, базирующиеся на системном биотехническом анализе;

в) выполнять необходимые расчеты, как для характеристик электромагнитного излучения, взаимодействующего с биообъектом, так и для лазерных систем, использующих это взаимодействие для лечебных и диагностических целей;

г) уметь моделировать техническими средствами основные биологические процессы;

д) проектировать основные типы лазерной аппаратуры на современном уровне.

Приобретаемые профессиональные знания.

1. Законы:

а) классической электродинамики с акцентом на распространение излучения в поглощающих и рассеивающих средах;

б) геометрической и физической оптики;

в) статистической механики и радиофизики;

г) квантовой электроники;

д) теплового излучения и других способов передачи тепловой энергии;

е) физической и химической кинетики.

2. Величины, характеризующие:

а) оптические характеристики основных материалов, используемых в лазерных приборах и аппаратах;

б) оптические характеристики биотканей и близких к ним сред;

в) параметры основных лазерных систем широкого применения;

г) параметры органа зрения как оптической и биотехнической системы;

д) параметры основных типов приемников оптического излучения;

е) параметры электронных схем, анализирующих и преобразующих сигналы в радиочастотном диапазоне после их преобразования фотоприемными системами;

ж) параметры информационно-вычислительных систем.

3. Понятия:

Спонтанное и вынужденное излучение при взаимодействии вещества с электромагнитным полем; активная среда; показатель усиления; условие самовозбуждения лазера; мягкий и жесткий режим возбуждения; ширина линии рабочего перехода; однородное и неоднородное уширение линии; трехуровневая и четырехуровневая схемы возбуждения; интерферометр Фабри-Перо как спектральный прибор и как резонатор; собственные моды оптических резонаторов; гауссов пучок; теория Когельника; устойчивый и неустойчивый резонаторы; КПД лазера; импульсный и непрерывный режимы работы лазера; свободная генерация; модуляция добротности; синхронизация мод; управление выходными характеристиками лазерного излучения (модуляция, сканирование); генерация оптических гармоник; тепловой, фотохимический и фотоионизационный механизмы взаимодействия лазерного излучения с биотканью; терапевтическое и хирургическое действие лазерного излучения; фотодеструкция; фотоабляция; термодиффузионное разрушение биоткани; дозиметрия лазерного излучения; лазерный скальпель и лазерный перфоратор; стерилизующее действие лазерного излучения; лазерный гемостаз; лазерная эндоскопия; лазерная ангиопластика; лазерная литотрипсия; лазерная биостимуляция; низкоинтенсивная и высокоинтенсивная лазерная терапия; фотодинамический и светокислородный эффекты; фототермия; сочетанные терапевтические воздействия; когерентная и некогерентная диагностика; спекл-интерферометрия; голографическая интерферометрия; спектроскопия оптического смешения; допплеровская флоуметрия; пульс-оксиметрия; спектроскопия комбинационного рассеяния; люминесцентная спектроскопия и микроскопия.

4. Методики:

а) расчета основных характеристик выходного излучения лазеров на базе автоколебательной модели лазера в полуклассическом приближении с учетом возможной нелинейности среды;

б) расчета оптических резонаторов на основе теории гауссовых пучков Когельника;

в) расчета основных характеристик лазерных медицинских систем хирургического назначения на основе модели теплового действия лазерного излучения на биоткань (в термодиффузионном и фотоабляционном режимах);

г) расчета системы доставки лазерного излучения к биообъекту и системы контроля лазерного воздействия на биообъект;

д) оценочного расчета дозы облучения биообъекта при лазерной терапии в предположении о преобладании того или иного механизма действия лазерного излучения;

е) расчета рассеянных случайно-неоднородными средами полей с применением методов статистической радиофизики, в том числе основ современных методов расчета с применением диаграммной техники;

ж) расчета характеристик фототока при оптическом смешении;

з) оценочного расчета возможностей приема и анализа люминесцентного излучения биообъектов;

н) технико-экономического расчета эффективности лазерной и оптической аппаратуры при внедрении ее в медицинскую практику.

5. Приборы и изделия.

- лазерная установка общехирургического назначения на базе СО2 – лазера;

- лазерная эндоскопическая установка на базе Nd:YAG – лазера;

лазерные офтальмокоагуляторы на базе полупроводникового лазера и ионного Ar+ - лазера;

лазерный корректор кривизны роговицы на базе эксимерного лазера;

- лазерный перфоратор чрескожного действия на базе Еr:YAG – лазера;

- лазерный литотриптор экстракорпорального и интракорпорального типа;

- установка для лазерной ангиопластики;

- лазерные аппараты для низкоинтенсивной терапии на базе газовых и полупроводниковых лазеров;

- матричные фототерапевтические облучатели;

- лазерные установки для фотодинамической терапии;

- лазерный допплеровский флоуметр (измеритель характеристик потоков биожидкостей);

- спекл-анализатор дефектов зрения;

- пульс-оксиметр;

- лазерный люминесцентный спектроанализатор.


Раздел 2. Содержание дисциплины.

2.1. Аудиторная работа 102 часа

2.1.1 Лекции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 час

Тема 1. Физические принципы работы лазеров- 8 часов.

Основные понятия квантовой электроники- - - - - - - - - - 2 часа

Спонтанное и вынужденное излучение. Понятие о коэффициентах Эйнштейна. «Квантовая катастрофа». Инверсия населенностей и понятие показателя усиления активной среды. Понятие об эффектах насыщения и предмете нелинейной оптики. Когерентность вынужденного излучения. Автоколебательная точка зрения на лазер. Условие возбуждения генерации, понятие о балансе амплитуд и фаз. Мягкий и жесткий режимы возбуждения. Оценка выходной мощности лазера в случае больших и малых превышений над порогом генерации.

Ширина линии рабочего перехода - - - - - - - - - - - - 2 часа

Механизмы уширения линии в двухуровневой квантовой системе (радиационное, столкновительное, допплеровское). Однородное и неоднородное уширение. Лоренцева и гауссова форма линии. Сравнение характерных ширин линии для различных типов активных сред. Понятие о фойгтовской форме линии.

Оптические резонаторы - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 часа

Интерферометр Фабри-Перо как резонатор. Добротность, полоса пропускания, межмодовое расстояние. Пассивный и активный резонаторы Фабри-Перо. Проблема устойчивости пространственной конфигурации поля при учете дифракционных потерь. Понятие о теории Фокса и Ли. Гауссов пучок как фундаментальное распределение поля в пространстве, доставляющее минимум соотношению неопределенностей. Остановленный и распространяющийся волновой пакет. Расчет характеристик основной моды (фундаментального гауссова пучка) на основании теории Когельника. Резонаторы со сферическими зеркалами, реализующие гауссов пучок . Типовые схемы резонаторов со сферическими зеркалами (конфокальный, полуконфокальный, концентрический). Понятие об устойчивости резонаторов и применении неустойчивых резонаторов. Расчет параметров гауссова пучка при прохождении его через оптические системы.

Тема 2. Основные типы лазеров, применяемые в медицине – 20 часов.

Низкоинтенсивные лазеры, применяемые в медицине - - - - 4 часа

Газовые лазеры на нейтральных атомах (на примере Ne-He лазера). Особенности создания инверсии в газовом разряде. Механизмы возбуждения, роль гелия в неон-гелиевой активной среде. Оценка квантовой эффективности Ne-He лазера и расчет КПД. Характерные значения выходной мощности Ne-He лазера, монохроматичность и когерентность излучения лазеров на нейтральных атомах. Использование данного типа лазеров в качестве эталонов длины и частоты.

Полупроводниковые лазеры (на примере GaAs лазера и родственных с ним). Механизм создания инверсии в полупроводниковой активной среде. Излучательная рекомбинация носителей заряда. Уровень и квазиуровни Ферми. Вырождение полупроводника как необходимое условие создания инверсии. Инжекция носителей заряда. Характерные значения КПД полупроводниковых лазеров, причины, ограничивающие их выходную мощность. Лазеры на гетероструктурах. Работа полупроводниковых лазеров в непрерывном и импульсном режимах. Характерные длины волн излучения полупроводниковых лазеров, применяемые в медицине.

Ионные и молекулярные лазеры - - - - - - - - - - - - - 4 часа

Особенности создания инверсии на уровнях ионов (на примере Ar+-лазера). Возможность получения большого энергосъема с единицы объема активной среды в случае заряженных активных частиц. Оценка КПД аргонового лазера и зависимости его выходной мощности от плотности тока разряда. Технологические проблемы разработки ионных лазеров и способы их решения: применение специальных материалов, использование обводного канала в газоразрядной трубке, помещение активной среды в магнитное поле. Конструктивное выполнение ионных лазеров и области применения их в медицине.

Особенности создания инверсии на переходах между молекулярными уровнями (на примере СО2 – лазера). Колебательные и вращательные спектры. Особенности выбора длины волны для молекулярных переходов, возможности повышения КПД. Роль азота и гелия в активной среде СО2 - лазера. Основные проблемы, возникающие в замкнутой активной среде молекулярных лазеров (диссоциация молекул, тепловое заселение нижнего рабочего уровня, электрофорез). Применение прокачки активной среды через разрядный промежуток. Непрерывный, импульсный и суперимпульсный режимы работы СО2- лазера. Характерные уровни выходной мощности СО2- лазеров, применяемых в медицине.

Твердотельные лазеры - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 часа

Принципиальное различие механизмов создания инверсии в полупроводниковых и твердотельных лазерах. Схема рабочих уровней иона Nd+ в кристалле иттрий-алюминиевого граната. Характерный КПД лазера на Nd:YAG. Сравнение характеристик Nd:YAG- лазера с другими типами лазеров, обеспечивающих тот же порядок выходной мощности на тех же длинах волн. Технологические и эксплуатационные преимущества Nd:YAG- лазера, разнообразие режимов работы. Получение коротких импульсов: режимы свободной генерации, модуляции добротности, синхронизации мод.

Лазер на рубине. Схема уровней, особенности возбуждения, невозможность работы в непрерывном режиме. Анализ кинетики трехуровневой и четырехуровневой схем возбуждения. Влияние температуры на работу трехуровневой и четырехуровневой схем.

Современные тенденции развития твердотельных лазеров. Перспективы медицинских применений твердотельных лазеров на самоограниченных переходах редкоземельных элементов и лазеров с диодной накачкой (микрочип-лазеров).

Эксимерные лазеры и лазеры на красителях - - - - - - - 2 часа

Понятие об эксимерах как соединениях, существующих только в возбужденном состоянии. Гарпунная реакция. Особенности создания инверсии в эксимерной активной среде, вытекающие из них выходные характеристики. Уникальность эксимерных лазеров как высокоинтенсивных источников когерентного излучения УФ диапазона. Основные типы эксимерных лазеров на моногалогенидах инертных газов и области их применения в медицине.

Создание инверсии при оптическом возбуждении органических красителей. Возможность широкого выбора органических красителей для работы во всем диапазоне оптических частот. Возможность перестройки частоты генерации лазера на красителе в широком диапазоне. Способы накачки в лазерах на красителях с помощью когерентных и некогерентных источников света. Селекция мод в лазерах на красителях. Сжатие импульса генерации по отношению к импульсу накачки и получение рекордно коротких (фемтосекундных) импульсов. Значение сверхкоротких импульсов для медико-биологических исследований.

^ Методы управления выходными характеристиками лазерного излучения - - 2 часа.

Постановка задачи об управлении параметрами лазерного излучения. Модуляция и биосинхронизация. Введение обратной связи через биообъект. Способы обеспечения заданной величины плотности мощности на поверхности биооъекта (фокусировка, сканирование). Устройства, обеспечивающие модуляцию и сканирование лазерного излучения (амплитудные, фазовые, частотные модуляторы, электромагнитные, пьезоэлектрические, электро- и магнитооптические сканирующие устройства). Вне- и внутрирезонаторные модуляторы.

Генерация оптических гармоник - - - - - - - - - - - - - 2 часа

Понятие о генерации оптических гармоник как одном из характернейших проявлений нелинейной оптики. Принципы, закладываемые в нелинейные оптические устройства. Разложение поляризации среды по степеням амплитуды электрического поля. Условие возможности генерации второй гармоники в кристаллах. Условие фазового синхронизма. Возможность полного преобразования выходного излучения во вторую гармонику при внутрирезонаторном возбуждении. Примеры реализации нелинейного преобразования частоты генерации лазера для медицинских целей.

Нелинейные явления в биологических средах. . . . . . . . 2 часа

Спектр биологического действия лазерного излучения. Методические проблемы исследования СБД. Многообразие механизмов биологического действия лазерного излучения и наиболее характерные эффекты, наблюдаемые при воздействии лазерного излучения на биообъект (несовпадение воспринимаемой зрительным анализатором длины волны с фактической длиной волны излучения, необходимость перестройки частоты генерации лазера в широких пределах при фотодинамической терапии, аномальные значения порога фотодеструкции биоткани при наличии слоя крови между излучателем и облучаемой поверхностью и др.). Возможные модели резонансного взаимодействия лазерного излучения с биотканью, обеспечивающие наблюдение нелинейных эффектов в существенно более слабых полях, чем в кристаллических средах.

Тема 3. Медицинские применения лазеров – 38 часов.

Классификация медицинских применений лазеров - - - - - - 2 часа

Основные механизмы взаимодействия лазерного излучения с биотканями (тепловой, фотохимический, фотоионизационный). Сопоставление с естественными источниками электромагнитного излучения (в первую очередь, Солнцем). Классификация медицинских применений лазеров, следующая из анализа механизмов взаимодействия (лазерная диагностика, лазерная терапия, лазерная хирургия). Понятие о дозе лазерного облучения и проблеме оптической дозиметрии.

Хирургические применения лазеров - - - - - - - - - - - - 2 часа

Диапазон плотностей мощности, определяющий хирургическое воздействие на биоткань при выбранной длине волны. Процессы, приводящие к деструкции биоткани при преобладании теплового механизма взаимодействия. Условие разрушения мягких тканей в термодиффузионном и фотоабляционном режимах. Сопоставление особенностей обоих режимов, основные сферы их применения. Оценка повреждения прилежащих к зоне облучения тканей.

Лазерные установки общехирургического назначения (лазерные скальпели)- - - - - - - - 2 часа

Особенности взаимодействия с биотканями лазерного излучения ИК диапазона, длина волны излучения которого находится в области высокого поглощения внутритканевой водой. Основные особенности лазерного рассечения тканей с медицинской точки зрения (бесконтактность, гемостатичность, бактерицидность, прецизионность, быстрая репаративность). Конструктивные особенности медицинских хирургических установок на базе СО2 – лазеров на примере лучших промышленных отечественных и зарубежных образцов. Перспективы расширения сферы медицинских применений СО2-лазеров за счет разработок специальных лазерных инструментов и развития сервисных возможностей на базе достижений информатики и вычислительной техники.

^ Лазерные установки для офтальмологической хирургии - - 2 часа

Особенности взаимодействия лазерного излучения с органом зрения, вытекающие из уникальности глаза как оптической системы. Выбор длины волны излучения лазера для воздействия на передние отделы глаза и на глазное дно. Развитие лазерной офтальмологической аппаратуры с точки зрения трансформации ее функциональных возможностей (универсализации и специализации). Расширение диапазона длин волн лазерных офтальмологических установок в УФ и ИК областях. Современные тенденции развития лазерной офтальмологии, связанные с применением эксимерных и твердотельных лазеров. Использование сочетанного действия лазерного излучения с другими факторами (лазерно-ультразвуковое, фотодинамическое) для повышения эффективности лечения особо тяжелых заболеваний органа зрения.

^ Применение высокоинтенсивных лазеров в эндоскопии - - 2 часа

Развитие лазерной эндоскопии, обусловленное развитием волоконной оптики, с одной стороны, и эндоскопической техники, с другой стороны. Выбор длин волн лазерного излучения для эндоскопических вмешательств и разработка средств и методов доставки излучения к различным органам. Преимущества Nd:YAG-лазера, обуславливающие его применение в лазерной эндоскопии, и основные области медицины, где применяются такие ЛЭУ (гастроэнтерология, урология, бронхоскопия). Блок-схема лазерной эндоскопической установки, основные задачи, подлежащие решению при ее проектировании. Анализ конструктивных особенностей современных отечественных и зарубежных ЛЭУ и пути их совершенствования.

^ Аппаратура для лазерной сердечно-сосудистой хирургии - 4 часа

Медицинская проблематика, закладываемая в проектирование установок данного типа. Альтернативные способы лечения сердечно-сосудистых заболеваний (терапевтические и хирургические). Шунтирование и протезирование участков сосудов, сопоставление возможностей этих методов лечения с ангиопластическими. Механическая (баллонная и роторная) ангиопластика как альтернатива лазерной ангиопластике. Лазерная реваскуляризация миокарда. Основные проблемы, тормозящие массовое внедрение лазерной ангиопластики в практическую медицину, и пути их решения.

Аппаратура для лазерной литотрипсии - - - - - - - - - 2 часа

Проблематика разрушения конкрементов в желче- и мочевыводящих органах. Рост заболеваемости каменными болезнями в цивилизованных странах. Альтернативные методы лечения (хирургия, терапия). Альтернативные методики литотрипсии (ультразвуковая, электроискровая). Преимущества лазерной литотрипсии. Экстракорпоральная и интракорпоральная литотрипсия. Фотогидродинамический и фотогидростатический режимы разрушения конкрементов. Использование режимов свободной генерации и модулированной добротности для оптимизации воздействия на конкремент. Методы оперативного контроля процесса разрушения конкрементов. Проектирование установок для лазерной литотрипсии и анализ промышленно выпускаемой аппаратуры.

Аппаратура для лазерной терапии - - - - - - 8 часов

Системный взгляд на лазерную терапию как принципиально отличный от хирургии способ лечения (управляющее воздействие на биообъект). Классификация лазерных терапевтических воздействий и соответственно типов терапевтической аппаратуры. Схема БТС при лазерной терапии. Представление об основных механизмах воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения на организм на различных уровнях (молекулярном, клеточном, тканевом, организменном). Биостимуляция и противоположные ей эффекты при различных режимах облучения. Проявление нелинейных эффектов при лазерной терапии и влияние их на выбор дозы облучения. Взаимосвязь проблем дозиметрии и определения спектра биологического действия. Выбор длины волны излучения лазерных терапевтических аппаратов. Роль когерентности излучения. Примеры наиболее распространенных в медицинской практике аппаратов для низкоинтенсивной лазерной терапии («Мустанг», «МИЛТА», «Азор-ВЛОК», «Дюна»). Матричные терапевтические облучатели.

Аппаратура для лазерной фотодинамической терапии. Основные требования к излучателю и к блоку управления и обработки информации. Основные проблемы, возникающие при проектировании аппаратуры для ФДТ злокачественных новообразований, и возможные пути их преодоления. Математические модели фотодинамического эффекта и возможности дозиметрического контроля при ФДТ. Тенденции развития ФДТ. Расширение круга заболеваний, для лечения которых применяется ФДТ. Новые возможности в рамках ФДТ (стимуляция иммунных реакций, сочетанное воздействие ФДТ с другими лечебными воздействиями, применение матричных облучателей для ФДТ).

Принципы проектирования лазерных диагностических приборов - - - - - - - - - - - - - 14 часов

Особенности лазерной диагностики в плане ее потенциальных возможностей и степени их реализации на сегодня. Классификация лазерных диагностических методов. Когерентная и некогерентная диагностика.

Выделение оптических характеристик биообъекта, несущих диагностическую информацию. Постановка задачи об измерении характеристик биообъекта в отраженном и проходящем излучении как задачи об измерении рассеянного излучения в обобщенном смысле (с точки зрения распространения электромагнитной волны в пространственно-неоднородной среде). Случайные и детерминированные, амплитудные и фазовые неоднородности. Рассеивающий биообъект как фильтр пространственных частот. Применение оптической системы как анализатора рассеянного лазерного излучения. Решение уравнения Гельмгольца методом функций Грина и применение метода Гюйгенса-Френеля. Распределение интенсивности электромагнитного поля в плоскости изображения. Изображение биообъекта как преобразование Фурье в пространственных частотах. Аналогии между пространственными и временными спектрами. Теорема свертки. Аподизация и пространственная фильтрация. Изображение в оптической системе при когерентном и некогерентном освещении. Фурье-преобразование функции когерентности Вольфа. Когерентный и некогерентный пределы для интеграла распределения интенсивности в плоскости изображения. Особенности рассеивающей среды в случае биообъекта (крупные частицы, сильное поглощение). Оценки применимости моделей объемного рассеяния. Рассеяние случайно-неоднородной поверхностью. Продольный и поперечный масштабы случайной поверхностной неоднородности. Условия, при которых возможно аналитическое решение уравнения Гельмгольца для рассеянного поля в приближении однократного рассеяния случайно-неоднородной поверхностью. Формулировка основной проблемы при решении задачи вычисления интенсивности рассеянного поля: сведение интегрирования по случайной поверхности к интегрированию по детерминированной поверхности. Приближение Кирхгофа. Аналогии между результатами расчета в приближении Кирхгофа и эмпирическими соотношениями для фотометрических величин. Значение гауссовости случайных величин, фигурирующих в процессе расчета. Возможность анализа рассеянного биообъектом излучения посредством волоконно-оптических датчиков.

Лазерная спектроскопия оптического смешения. Понятие квазиупругого рассеяния электромагнитных волн на биообъектах. Необходимость извлечения в этом случае не амплитудной, а фазовой информации из рассеянного излучения. Наличие частотных сдвигов между падающим и рассеянным излучением. Методика оптического смешения – возможность переноса анализа спектра из оптического в радиодиапазон. Гомодинные и гетеродинные спектрометры оптического смешения. Принципиально нелинейный характер преобразования сигналов из оптического в радиочастотный диапазон. Характерные компоненты в спектре фототока. Сравнительный анализ возможностей гомодинного и гетеродинного методов оптического смешения. Медицинская аппаратура, работающая на принципе оптического смешения: лазерные анемометры, приборы для анализа гемодинамики, для исследования подвижности клеток, лазерные допплеровские микроскопы. Применение информационных технологий в спектроскопии оптического смешения.

Спекл-интерферометрия в медицинской диагностике. Понятие когерентного объема. Объективная и субъективная спекл-картины. Оценка продольного и поперечного размера спекла. Влияние формы и размера входного зрачка на вид спекл-картины. Спекл-картина от движущейся поверхности. Понятие «замороженной» спекл-картины. Использование методов спекл-интерферометрии в офтальмологии и анализе кровотока в неоднородных биотканях. Границы применимости методов спекл-интерферометрии. Возможность применения спекл-интерферометрии для анализа процессов передачи информации на клеточном и субклеточном уровне.

Голографические методы анализа биообъектов. Ограничения, накладываемые на возможности голографических измерений спецификой биотканей. Применение импульсной голографии. Голографические методы анализа на клеточном уровне. Прецизионные измерения на стыке голографии и спекл-интерферометрии. Понятие о голографической томографии.

Методы люминесцентной диагностики. Спектры люминесценции биотканей при различных патологиях. Аппаратура для люминесцентного анализа (микроскопы, эндоскопы, волоконно-оптические датчики). Люминесцентная диагностика в онкологии. Использование фотосенсибилизаторов для люминесцентной диагностики. Преимущества лазерных источников зондирующего излучения при люминесцентной диагностике.

Анализ возможностей развития методов расчета интенсивности рассеянного биообъектами излучения с учетом многократного рассеяния.

Метод Монте-Карло. Преимущества и недостатки метода (дискретное представление электромагнитного поля как потока фотонов, трудности в определении фазовых соотношений в рассеянном излучении).

Возможность графического представления ряда теории возмущений при вычислении рассеянного поля. Понятие о фейнмановских диаграммах. Уравнение Дайсона. Примеры использования диаграммной техники при анализе рассеяния электромагнитных волн биообъектами.

Тема 4. Общие вопросы проектирования и эксплуатации лазерных приборов и аппаратов - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 часа

Техника безопасности при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила. Классы опасности лазерных установок. Предельно допустимые уровни облучения для кожи и органов зрения. Меры защиты. Метрологическое обеспечение лазерной аппаратуры. Особенности составления МТТ на разработку оптических и лазерных приборов и аппаратов. Основные этапы НИР и ОКР. Внедрение разработок в серийное производство и медицинскую практику.

2.9. Лабораторные работы - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 34 часа

Лабораторная работа № 1. Изучение характеристик лазерной медицинской терапевтической аппаратуры на базе неон-гелиевых лазеров (8 часов)

Лабораторная работа № 2. Изучение характеристик лазерной медицинской терапевтической аппаратуры на базе полупроводниковых лазеров (8 часов)

Лабораторная работа № 3. Изучение матричных фототерапевтических облучателей (9 часов)

Лабораторная работа № 4. Применение методов спекл-интерферометрии в медицинской диагностике (9 часов).

2.2. Самостоятельная работа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 час.

2.2.1. Решение домашнего задания №1 объемом 20-25 задач по темам 1 и 2 (физические принципы работы лазеров, основные типы лазеров, применяемые в медицине). Выдача задания - 1 учебная неделя, сдача – 9 учебная неделя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 часов

2.2.2. Решение домашнего задания №2 объемом 20-25 задач по теме 3 (медицинские применения лазеров). Выдача задания - 9 учебная неделя, сдача – 15 учебная неделя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 часов

2.2.3. Самостоятельное изучение материала в соответствии с требованиями, установленными в домашних заданиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 час.

2.3. Курсовая работа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 час.

2.3.1. Цель курсовой работы: практическое освоение методов расчета и проектирования лазерной медицинской аппаратуры.

Основные задачи, подлежащие решению в ходе выполнения курсовой работы:

- проведение анализа биообъекта с медико-биологической точки зрения для формулировки медицинских требований к аппаратуре;

- проведение анализа существующих технических решений выбранной или близкой к ней задачи с учетом возможного формулирования медико-технических требований;

- проведение численных расчетов или моделирования с применением ЭВМ;

- ознакомление с экспериментальными методиками исследования биообъектов с помощью лазерной аппаратуры.

2.3.2. Требования к курсовым работам.

Студентам предлагаются три возможных направления работ: реферативные, расчетно-конструкторские, поисковые.

В первом случае предполагается проведение аналитического обзора литературы по выбранной теме с привлечением современного материала (временная глубина периодики не более 5 лет, монографий – не более 10 лет, за исключением основополагающих работ, за указанное время не переиздававшихся). Обзор должен содержать постановочную часть, отражающую интерес автора к выбранной теме в виде проблемной постановки вопроса и выяснения принятой в большинстве имеющихся работ точки зрения. Обсуждение проблематики должно обозначить точку зрения автора на выбранную проблему, обоснованию и точной формулировке которой должна быть посвящена основная часть работы. В качестве обоснований могут приводиться экспериментальные результаты, не вызывающие сомнений расчеты либо факты освоения в медицинской практике соответствующих приборов и аппаратов. Анализ и обобщение используемых аргументов должны быть подытожены в заключении, оформляющем точку зрения автора в возможно более краткой форме в виде выводов и рекомендаций. Объем реферативной