Реферат: Составители: В. Г. Лещенко





Составители:


В.Г.Лещенко – заведующий кафедрой медицинской и биологической физики Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет», кандидат физико-математических наук, доцент;

Г.К.Ильич – доцент кафедры медицинской и биологической физики Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет», кандидат физико-математических наук, доцент;

М.А.Шеламова – старший преподаватель кафедры медицинской и биологической физики Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет».


Рецензенты:

Кафедра медицинской и биологической физики Учреждения образования «Гродненский государственный медицинский университет»;

С.К.Дик – декан факультета компьютерного проектирования Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат физико-математических наук, доцент.


^ Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой медицинской и биологической физики Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет»

(протокол № 10 от 16 апреля 2008 г.)

Научно-методическим советом Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет»

(протокол № 9 от 19 мая 2008 г.)

Секцией по специальности 1-79 01 01 Лечебное дело Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по медицинскому образованию (протокол № 3 от 20 мая 2008 г.)


Секцией по специальности 1-79 01 02 Педиатрия Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по медицинскому образованию (протокол № 4 от 21 мая 2008 г.)


Секцией по специальности 1-79 01 03 Медико-профилактическое дело Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по медицинскому образованию (протокол № 5 от 22 мая 2008 г.)


Ответственный за выпуск:


^ Пояснительная записка

Медицинская и биологическая физика – комплекс разделов прикладной физики и биофизики, в которых рассматриваются физические законы и явления применительно к решению медицинских задач. Курс медицинской и биологической физики включает также материал, необходимый для изучения принципов устройства медицинской аппаратуры и правил ее безопасного использования; элементы математического аппарата, используемые для количественного описания медико-биологических процессов и обработки медицинских данных.

В основу типовой учебной программы по дисциплине положены следующие материалы и документы:

Образовательные стандарты:

по специальности 1-79 01 01 Лечебное дело, регистрационный номер ОС РБ 1-79 01 01-2008;

по специальности 1-79 01 02 Педиатрия, регистрационный номер ОС РБ 1-79 01 02-2008;

по специальности 1-79 01 03 Медико-профилактическое дело, регистрационный номер ОС РБ 1-79 01 03-2008.

Типовые учебные планы:

по специальности 1-79 01 01 Лечебное дело, утвержден 16.04.2008, регистрационный № L 79-005/тип.;

по специальности 1-79 01 01 Лечебное дело, специализации 1-79 01 01 01 Военно-медицинское дело, утвержден 16.04.2008, регистрационный № L 79-006/тип.;

по специальности 1-79 01 02 Педиатрия, утвержден 16.04.2008, регистрационный № L 79-007/тип.;

по специальности 1-79 01 03 Медико-профилактическое дело, утвержден 16.04.2008, регистрационный № L 79-008/тип.


Цель – обучить студентов основным физическим закономерностям, лежащим в основе функционирования живого организма и основам современных физические методов диагностики и лечения.

Задачи: изучить механические и реологические свойства биотканей; физические свойства механических, электрических, магнитных и электромагнитных полей разных частотных диапазонов и особенности их воздействия на организм человека; изучить физические основы современных методов диагностики и лечения; изучить методы математической обработки данных медицинских исследований; дать студентам знания, необходимые как в изучении других учебных дисциплин, так и в практической деятельности врача.

Поставленные задачи достигается путём изучения:

физических и физико-химических процессов, протекающих в живом организме, методов их исследования и описания;

физических свойств биотканей и свойств физических полей, действующих на них;

физических основ современных методов диагностики состояния организма: ультразвуковых, тепловизионных, рентгеновских, магнито-резонансных и др. исследований;

методов теории вероятностей и математической статистики для обработки медицинских данных.

Вопросы, изучаемые в курсе медицинской и биологической физики, необходимы студентам при изучении таких медицинских дисциплин, как нормальная физиология, патологическая физиология, физиотерапия и медицинская реабилитация, офтальмология, лучевая диагностика и терапия, общественное здоровье и здравоохранение, радиационная и экологическая медицина.

При обучении медицинской и биологической физике используются классические формы: лекции (в том числе мультимедийные), практические и лабораторные занятия. Формы контроля: контрольные работы, компьютерное тестирование по пройденным разделам курса, зачёт и курсовой экзамен.

В соответствии с утвержденными типовыми учебными планами специальностей высшего медицинского образования распределение бюджета учебного времени и формы контроля обучения представлены в табл. 1.

Таблица 1

Специальность, специализация

Всего часов

Всего аудиторных

Из них

Форма контроля

Лекции

Лабораторные

Практические

Лечебное дело

Военно-медицинское дело

266

158

38

90

30

зачет (1 семестр), экзамен (2 семестр)

Педиатрия

266

158

38

90

30

зачет (1 семестр), экзамен (2 семестр)

Медико-профилактическое дело

262

158

38

90

30

зачет (1 семестр), экзамен (2 семестр)



^ Планируемый уровень подготовки студентов

Студент должен знать:

общие физические закономерности, лежащие в основе процессов, протекающих в организме;

реологические свойства биологических тканей и жидкостей;

характеристики физических факторов (лечебных, климатических, производственных), оказывающих воздействие на организм и биофизические механизмы такого воздействия;

назначение, основы устройства и практического использования медицинской аппаратуры, технику безопасности при работе с ней;

основы математических методов обработки медицинских данных.

Студент должен уметь:

пользоваться основными измерительными приборами;

работать на физической (электронной) медицинской аппаратуре, представленной в лабораторном практикуме;

обрабатывать результаты измерений.


Студент должен приобрести навыки:

освоить методы определения различных физических и механических характеристик биологических объектов;

практически использовать некоторые образцы лечебной и диагностической аппаратуры.



Примерный тематический план


Наименование раздела (темы)

Количество аудиторных часов

лекции

лаборатор-

ные

практи-ческие

1. Математическое описание медико-биологических процессов и обработка медицинских данных

4

3

21

1.1. Основы дифференциального исчисления. Нахождение производных функций. Графики функций

-

-

3

^ 1.2. Дифференциал функции

-

-

3

1.3.Основы интегрального исчисления. Методы нахождения неопределенных интегралов. Вычисление определенных интегралов

-

-

3

1.4. Решение дифференциальных уравнений

-

-

3

1.5. Примеры использования дифференциальных уравнений для решения медико-биологических задач

-

-



3

1.6. Элементы теории вероятностей. Случайная величина и ее распределение

2

-

-

1.7. Расчет вероятностей случайных событий

-

-

3

1.8. Случайные величины, их распределения и числовые характеристики распределения

-

-

3

1.9. Основы математической статистики. Элементы корреляционного анализа

2

-

-

1.10. Порядок работы с выборкой. Графическое представление статистического распределения. Установление корреляционной связи между двумя совокупностями случайных величин

-

3

-

^ 2. Механические колебания и волны. Акустика. УЗИ. Механические свойства твердых тел и биологических тканей

4

12

-

2.1.Основы биомеханики. Механические свойства биологических тканей

-

3

-

2.2. Механические колебания. Резонанс. Разложение колебаний в гармонический спектр. Механические волны

2

-

-

2.3. Механические колебания. Энергия гармонического колебания. Гармонический анализ сложных колебаний, его применение. Энергетические характеристики механической волны




3




2.4. Акустика. Диаграмма слышимости. Ультразвук и его применение в клинике

2

-

-

2.5. Свойства ультразвука. Акустические и ультразвуковые методы исследования и воздействия в медицине

-

3

-

2.6. Биофизические основы формирования слухового ощущения. Аудиометрия

-

3

-

^ 3. Биореология. Физические основы гемодинамики

4

6

3

3.1. Физические основы гидродинамики идеальной и вязкой жидкости. Методы определения вязкости

2

-

-

3.2. Физические основы гемодинамики

2

-

-

3.3. Применение уравнения Бернулли, уравнение неразрывности и формулы Пуазейля для анализа течения жидкости и артериального кровотока

-

-

3

3.4. Определение вязкости жидкостей капиллярным вискозиметром

-

3

-

3.5. Поверхностное натяжение в жидкости. Капиллярные явления

-

3

-

^ 4. Термодинамика и явления переноса в биологических системах

4

3

-

4.1. Физические свойства биологических мембран. Транспорт веществ через биологические мембраны

2

-

-

4.2. Формирование мембранных потенциалов клетки в покое и при возбуждении

2

-

-

4.3. Механизм генерации потенциалов покоя и действия. Распространение потенциала действия по аксонам

-

3

-

^ 5. Электрические и магнитные явления в организме, электрические воздействия и методы исследования

8

21

-

5.1. Физические основы электрографии тканей и органов

2

-

-

5.2. Изучение основ электрокардиографии

-

3

-

5.3. Различные нагрузки в цепи переменного тока. Импеданс живой ткани переменному току. Физические основы реографии

2

-

-

5.4. Эквивалентная электрическая схема живой ткани. Определение зависимости импеданса живой ткани от частоты переменного тока

-

3

-

5.5. Характеристики импульсных токов. Физические основы электростимуляции тканей и органов

2

-

-

5.6. Знакомство с аппаратурой для электростимуляции и определение параметров импульсных токов

-

3

-

5.7. Воздействие высокочастотных токов и полей на организм

2

-

-




5.8. Изучение методов и аппаратуры для высокочастотной терапии

-

3

-

5.9. Усиление биоэлектрических сигналов. Определение частотных и амплитудных характеристик усилителя

-

3

-

5.10. Термоэлектрические явления, их использование в датчиках температуры. Изучение электрических датчиков температуры

-

3

-

5.11. Воздействие на организм высокочастотных токов и полей

-

3

-

^ 6. Оптические методы исследования и воздействие излучением оптического диапазона на биологические объекты

8

36

3

6.1. Электромагнитные волны, их свойства. Поляризация света. Оптическая активность

2

-

-

6.2. Методы получения поляризованного света. Использование поляризационных методов для исследования биологических объектов

-

4

-

6.3. Рефрактометрия. Эндоскопия. Определение концентрации растворов с помощью рефрактометра

-

4

-

6.4. Оптическая микроскопия. Основы электронной и зондовой микроскопии

-

4

-

6.5. Тепловое излучение тел. Энергетические характеристики теплового излучения. Тепловидение и термография в медицине

-

4




6.6. Излучение и поглощение энергии атомами и молекулами. Основы спектрального анализа. Люминесценция

2

-

-

6.7. Вынужденные излучения. Лазеры. Действие лазерного излучения на биологические ткани

2

-

-

6.8. Оптическая система глаза. Биофизические основы зрения

-

4

-

6.9. Принцип действия лазера. Свойства лазерного излучения. Применение лазеров в медицине

-

4

-

6.10. Законы поглощения и рассеяния света. Основы фотоколориметрии и спектрофотометрии

-

4

-

6.11. Наблюдение и исследование спектров испускания и поглощения

-

4

-

6.12. Основы электронного парамагнитного резонанса. Ядерный магнитный резонанс

2

-

-

6.13. Применение ЭПР к исследованию свободных радикалов. Использование ЯМР для получения изображений органов и тканей

-

4

-

6.14. Основы люминесцентного анализа

-

-

3

^ 7. Ионизирующие излучения. Основы дозиметрии

6

9

3

7.1. Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение

2

-

-

7.2. Свойства рентгеновского излучения и его использование в медицине

-

-

3

7.3. Радиоактивность. Искусственная и естественная радиоактивность

2

-

-

7.4. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом. Радионуклидные методы диагностики и лучевой терапии

-

3

-

7.5. Дозиметрия ионизирующего излучения. Методы регистрации ионизирующих излучений

2

-

-

7.6. Методы расчёта поглощённой и эквивалентной доз, полученных в результате однократного поступления радионуклидов в организм

-

3

-

7.7. Методы расчёта поглощённой и эквивалентной доз, полученных при непрерывном поступлении радионуклидов в организм

-

3

-

Всего

38

90

30


Содержание учебного материала

^ 1. Математическое описание медико-биологических процессов и обработка медицинских данных

1.1. Основы дифференциального исчисления. Нахождение производных функций. Графики функций

Производная функции как мера скорости процесса. Градиенты. Применение производных для исследования функций на экстремум. Производная и дифференциал функции, их геометрический и физический смысл. Производные высших порядков. Частные производные и полный дифференциал функции многих переменных.

Дифференциал функции

Состояние организма как функция многих переменных. Приближенные вычисления. Нахождение частных производных и полного дифференциала.

1.3. Основы интегрального исчисления. Методы нахождения неопределенных интегралов. Вычисление определенных интегралов

Первообразная функции и неопределённый интеграл. Определённый интеграл, его применение для вычисления площадей фигур и работы переменной силы. Методы нахождения неопределенных интегралов: приведение к табличному виду и метод замены переменной. Вычисление определенных интегралов, правило Ньютона-Лейбница.

^ . Решение дифференциальных уравнений

Понятие об обыкновенных дифференциальных уравнениях. Решение дифференциальных уравнений с разделяющимися переменными. Дифференциальные уравнения с разделяющимися переменными. Общие и частные решения.


^ 1.5. Примеры использования дифференциальных уравнений для решения медико-биологических задач

Примеры составления и решения дифференциальных уравнений для медико-биологических задач (размножение бактерий, накопление и выведение лекарственных веществ, радионуклидов и т.п.). Контрольная работа по высшей математике.

^ 1.6. Элементы теории вероятностей. Случайная величина и ее распределение

Виды случайных событий, теоремы сложения и умножения. Формула Байеса. Виды распределения случайной величины. Принципы вероятностных подходов к задачам диагностики и прогнозирования заболеваний.

1.7. Расчет вероятностей случайных событий

Вероятностный характер медико-биологических процессов. Вероятность случайного события. Теоремы сложения и умножения вероятностей, формула Байеса.

1.8. Случайные величины, их распределения и числовые характеристики распределения

Дискретные и непрерывные случайные величины. Их законы распределения. Числовые параметры случайных величин: математическое ожидание, мода, медиана, дисперсия, среднеквадратическое отклонение. Примеры различных законов распределения случайных величин. Нормальный закон распределения.

^ 1.9. Основы математической статистики. Элементы корреляционного анализа

Генеральная совокупность и выборка. Точечная и интервальная оценка параметров генеральной совокупности по данным выборки.

Элементы корреляционного анализа.

1.10. Порядок работы с выборкой. Графическое представление статистического распределения. Установление корреляционной связи между двумя совокупностями случайных величин

Вариационный и интервальный статистические ряды. Полигон частот и гистограмма. Оценка параметров генеральной совокупности по параметрам выборки. Определение корреляционного поля, линии регрессии и расчет коэффициента корреляции.

Обработка результатов непосредственных и косвенных измерений. Методы обработки медицинских данных.


^ 2. Механические колебания и волны. Акустика. УЗИ. Механические свойства твердых тел и биологических тканей

2.1. Основы биомеханики. Механические свойства биологических тканей

Упругие, вязкие и вязкоупругие среды, их механические характеристики и модели. Механические свойства костной ткани, мышц, сухожилий, сосудов.

^ 2.2. Механические колебания. Резонанс. Разложение колебаний в гармонический спектр. Механические волны

Свободные, затухающие и вынужденные механические колебания. Резонанс. Автоколебания. Гармонические колебания. Энергия гармонических колебаний. Сложение колебаний. Гармонический спектр сложных колебаний, теорема Фурье. Применение гармонического анализа для обработки диагностических данных.

Виды механических волн. Эффект Доплера и его применение для неинвазивного измерения скорости кровотока.

2.3. Механические колебания. Энергия гармонического колебания. Гармонический анализ сложных колебаний, его применение. Энергетические характеристики механической волны

Разложение колебаний в гармонический спектр. Теорема Фурье. Применение гармонического анализа для обработки диагностических данных. Механическая волна. Энергетические характеристики волны. Уравнение волны, поток энергии волны, интенсивность (плотность потока энергии). Эффект Доплера и его применение.

^ 2.4. Акустика. Диаграмма слышимости. Ультразвук и его применение в клинике

Физические характеристики звука: частота, интенсивность, спектральный состав звука. Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука. Диаграмма слышимости. Закон Вебера-Фехнера. Уровни интенсивности и уровни громкости, единицы измерения, связь между ними. Фонокардиография. Отражение и поглощение звуковых волн. Акустический импеданс

^ 2.5. Свойства ультразвука. Акустические и ультразвуковые методы исследования и воздействия в медицине

Биофизические основы действия ультразвука на клетки и ткани организма. Принципы ультразвуковой визуализации органов и тканей. Ультразвуковая диагностика. Инфразвук. Биофизические основы действия инфразвука на биологические объекты.

2.6. Биофизические основы формирования слухового ощущения. Аудиометрия

Снятие спектральной характеристики чувствительности уха на пороге слышимости. Диаграмма слышимости. Аудиометрия.

^ 3. Биореология. Физические основы гемодинамики

3.1. Физические основы гидродинамики идеальной и вязкой жидкости. Методы определения вязкости

Основные понятия гидродинамики. Условие неразрывности струи. Уравнение Бернулли. Течение вязкой жидкости, формулы Ньютона и Пуазейля. Гидродинамическое сопротивление.

^ 3.2. Физические основы гемодинамики

Реологические свойства крови. Факторы, влияющие на вязкость крови в организме. Распределение давления крови по сосудистой системе. Роль эластичности сосудов, пульсовая волна. Работа и мощность сердца.

^ 3.3. Применение уравнения Бернулли, уравнение неразрывности и формулы Пуазейля для анализа течения жидкости и артериального кровотока

Применение уравнения Бернулли для исследования кровотока в крупных артериях и аорте (закупорка артерии, артериальный шум, поведение аневризмы). Распределение скорости кровотока и кровяного давления в большом круге кровообращения. Методы определения давления и скорости крови.

^ 3.4. Определение вязкости жидкостей капиллярным вискозиметром

Методы определения вязкости: Стокса, Оствальда, ротационный метод. Устройство вискозиметра Оствальда. Определение с его помощью вязкости исследуемой жидкости. Исследование зависимости вязкости жидкости от температуры.

3.5. ^ Поверхностное натяжение в жидкости. Капиллярные явления

Сущность физического явления поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения и методы его определения. Капиллярные явления, их значение в биологических системах. Газовая эмболия.

^ 4. Термодинамика и явления переноса в биологических системах

4.1. Физические свойства биологических мембран. Транспорт веществ через биологические мембраны

Строение и физические свойства биологических мембран. Пассивный транспорт веществ через биологические мембраны, его виды. Математическое описание пассивного транспорта веществ. Активный транспорт ионов.

^ 4.2. Формирование мембранных потенциалов клетки в покое и при возбуждении

Мембранные потенциалы покоя и их ионная природа. Уравнение Нернста. Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца для потенциала покоя клетки.

^ 4.3. Механизм генерации потенциалов покоя и действия. Распространение потенциала действия по аксонам

Механизм генерации потенциала действия, его основные фазы. Рефрактерный период. Распространение потенциала действия по безмиелиновым и миелинизированным аксонам.

^ 5. Электрические и магнитные явления в организме, электрические воздействия и методы исследования

5.1. Физические основы электрографии тканей и органов

Электрическое поле и его характеристики. Поле диполя. Диполь в электрическом поле. Основы электрокардиографии, теория Эйнтховена.

5.2. Изучение основ электрокардиографии

Сердце как электрический диполь. Интегральный электрический вектор сердца. Формирование электрокардиограммы, её вид. Определение амплитудных и временных параметров ЭКГ.

5.3.^ Различные нагрузки в цепи переменного тока. Импеданс живой ткани переменному току. Физические основы реографи
еще рефераты
Еще работы по разное