WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Министерство образования Российской Федерации Челябинский государственный университет Кафедра теоретической физики Утверждаю Проректор по учебной работе А.Ю. Шумаков «_» 2002 г.

Биомедицинская оптика Программа курса Согласовано Декан физического факультета В.Д. Бучельников «_» 2002 г.

Челябинск 2002 Утверждена на заседании кафедры теоретической физики Протокол № от «» г.

Зав. кафедрой А.Е. Дудоров Направление: 0510400 Физика Составители: А.В. Лаппа, д. ф.-м. н., проф.

А.С. Аникина, ст. преподаватель Общее количество часов В том числе:

Лекции 51 Практические занятия – Лабораторные работы – Индивидуальная работа – Самостоятельная работа 20 Отчётность:

Экзамен 8 семестр Зачёт – Контрольные мероприятия (количество) Контрольные работы – Домашние контрольные задания – Другие контрольные мероприятия – Цель и задачи курса Целью курса является изучение механизмов взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями, исследование методами компьютерного моделирования различных эффектов взаимодействия лазерного излучения с биотканями, изучение физических основ действия различных измерительно-диагностические систем в медицине.

Основные задачи курса:

1. Знакомство с основными математические модели взаимодействия лазерного излучения с веществом.

2. Знакомство с основными методами моделирования взаимодействия лазерного излучения с веществом.

3. Исследование различных эффектов взаимодействия лазерного излучения с биотканями методами компьютерного моделирования.

4. Изучение основ спектрометрических методов в терапии и диагностике.

5. Знакомство с лазерными медицинскими технологиями.

Список рекомендуемой литературы Основная 1. Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях.

Саратов, 1998.

2. Кольчужкин А.М., Учайкин В.В. Введение в прохождения частиц через вещество. М., Атомиздат, 1978.

3. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. М., Мир, 1981, Т.1,2.

4. Приезжев А.В., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в биологии и медицине.-М.,Наука,1989.

5. Тучин В.В. Основы взаимодействия низкоинтенсивного лазерного излучения с биотканями: дозиметрический и диагностический аспекты. Изв. РАН.

Сер. Физическая, т.59, N 6, с.120-143.

6. Конспекты лекций. Сборник материалов Международных курсов по фундаментальным аспектам лазерной и тиомедицинской оптики (МГУ).

Москва, 1995.

Дополнительная Оптические свойства биотканей 1. Тучин В.В. Исследование биотканей методами светорассеяния. Успехи физических наук. Т.167, №5, 1997, с.517-537.

2. Тучин В.В. Оптика биотканей: основы лазерной диагностики и дозиметрии.

www.telemedica.ru.

Расчет радиационных полей 1. Schweiger M., Arridge S.R., Hiraoka M., Delpy D.T. The finite element method for the propagation of light in scattering media: boundary and source conditions. In:

Medical Physics, vol. 22, № 11, 1995, pp. 1779-1792.

2. Arridge S.R., Schweiger M., Hiraoka M., Delpy D.T. A finite element approach for modeling photon transport in tissue. In: Medical Physics, vol. 20, № 2, 1993, pp. 299309.

3. Wang L., Jacques S.L. Hybrid model of Monte Carlo simulation and diffusion theory for light reflectance by turbid media. In: Journal of Opt. Soc. Am. A., vol. 10, № 8, 1993, pp. 1746-1752.

4. Tuchin V.V., Maksimova I.L., Zymnyakov D.A. et. al. Light propagation in tissues with controlled optical properties. In Journal of Biomedical Optics, vol. 2, № 4, 1997, pp. 401-417.

Определение оптических характеристик биотканей 1. Kienle A., Patterson M. Determination of the optical properties of turbid media from a single Monte Carlo simulation. Phys. Med. Biol., vol. 41, 1996, p.2221-2227.

Эффекты взаимодействия излучения с биотканями и лазерные медицинские технологии 1. Wyman D.R., Whelan W.M. Basic optothermal diffusion theory for interstitial laser photocoagulation. In: Medical Physics, vol. 21, № 11, 1994, pp. 1651-1656.

2. Wyman D.R., Whelan W.M., Wilson B.C. Interstitial laser photocoagulation:

Nd:YAG 1064 nm optical fiber source compared to point heat source. In: Lasers in Surgery and Medicine, vol. 12, № 6, 1992, pp. 659-664.

3. Rossacci M.J., DiMarzio C.A., Lindberg S.C. A 3-D model for laser heating of a heterogeneous turbid medium. In: SPIE Proceedings, vol. 2970, 1997, pp. 144-155.

4. Beacco C.M., Mordon S.R., Brunetaud J.M. Development and experimental in vivo validation of mathematical modeling of laser coagulation. In: Lasers in Surgery and Medicine, № 14, 1994, pp. 362-373.

5. Sluzalec A. Finite element model of heat flow in biological tissue undergoing laser irradiation. In: Journal of Biomechanics, vol. 20, № 10, 1987, pp. 937-941.

6. van Leeuwen G.M.J. Numerical modelling of heat transfer in hyperthrmia.

Dissertation, 1998, Netherlands.

7. Kotte A. Design of a numerical model for describing the heat transfer due to vascular trees. Dissertation, 1998, Netherlands.

8. Roggan A., Muller G. 2D-computer simulations for real-time irradiation planning of laser induced interstitial thermotherapy (LITT). In: SPIE Proceedings “Medical Applications of Lasers II”, vol. 2327, 1994, pp. 242-252.

9. London R.A., Glinsky M.E., Zimmerman G.B. et. al. Laser-tissue interaction modeling with LATIS. In: Applied Optics, vol. 36, № 34, 1997, 9068-9074.

10. Странадко Е.Ф. Фотодинамическая терапия – новый метод лечения рака и его техническое обеспечение. www.radapharma.ru.

11. Клебанов Г.И., Крейнина М.В. и др. Лазеротерапия: клиническая эффективность и молекулярно-клеточные механизмы. www.health.nsk.ru.

12. Девятков Н.Д., Зубкова С.М., Лапрун И.Б., Макеева Н.С. Физико-химические механизмы биологического действия лазерного излучения. Успехи совр. биол., 1998, № 103, с. 31-43.

13. Скобелкин О.К. Лазеры в хирургии. М., 1989.

14. Лазерные технологии в медицине. Сб. трудов Челябинского государств. инстит.

лазерной хирургии, Челябинск, вып. 1 (1998 г.), 2 (1999 г.), 3 (2001 г.).

Рабочая программа Темы лекций 1. Введение (1 лекция).

2. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Основные понятия и характеристики (4 лекции).

2.1.Характеристики радиационных полей лазерного излучения.

2.2.Оптические характеристики биотканей. Зависимость от длины волны излучения и вида биоткани.

2.3.Оптические характеристики различных биотканей (вода, кровь).

3. Математические модели радиационных полей (6 лекций).

3.1. Закон Бэра. Условия и границы применимости модели.

3.2. PN- приближение. Решение в случае однородной бесконечной среды.

3.3. Диффузионное приближение. Условия и границы применимости модели.

3.4. Двух, 4-х, 7-потоковые модели.

3.5. Кинетическая модель. Уравнение переноса излучения.

3.6. Метод Монте-Карло для решения уравнения переноса излучения.

4. Определение оптических характеристик биологических тканей (3 лекции).

4.1.Общая постановка обратных задач.

4.2.Методы коллимированного пропускания для определения оптических характеристик.

4.3.Обзор методов решения обратной задачи в диффузионном приближении.

4.4.Обзор методов решения обратной задачи в кинетическом приближении.

5. Эффекты взаимодействия лазерного излучения с биотканями (6 лекций).

5.1. Тепловой эффект. Виды теплового воздействия (коагуляция, денатурация и т.д.).

5.2. Математическая модель тепловых полей. Численные методы расчета тепловых полей.

5.3. Контактная и неконтактная термометрия.

5.4. Измерение температуры ткани в присутствии лазерного излучения.

5.5. Фотохимический эффект. ФДТ. Расчет концентрации фотосенсибилизатора в ткани. Расчет доз.

5.6. Действие низкоинтенсивного лазерного излучения на вещество. Различные гипотезы о механизме воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения на биоткани.

6. Спектрометрические методы в терапии и диагностике (3 лекции).

6.1. Оптические спектрометры реального времени.

6.2. Диагностика различных патологий.

6.3. Фотодинамическая диагностика. Определение концентрации кислорода в тканях.

6.4. Флуоресценция.

6.5. Оптическая когерентная томография.

7. Лазерные медицинские технологии (3 лекции).

7.1.Лазерная резекция.

7.2.Лазеро-индуцированная термотерапия.

7.3.Лазерная абляция.

7.4.Лазерная перфорация и каналирование.

7.5.Фотодинамическая терапия.

7.6.Шлифование.

Оценка успеваемости Экзаменационный билет состоит из двух вопросов: первый – «теоретический», посвящен теоретическим основам взаимодействия лазерного излучения с биотканями, второй – связан с практическим применением лазерных технологий в медицине. На экзамене студент получает оценку «отлично» в случае успешного ответа на оба вопроса билета, оценку «хорошо» – в случае успешного вопроса на «теоретический» вопрос, «удовлетворительно» – в случае ответа на второй вопрос билета.

Распределение часов курса по темам и видам работ п/п Наименование тем и Всего Аудиторные занятия (час.) Самостоятельная разделов (часов) работа Лекции Семинары 1. 1 2 2 – – 2. 2 10 8 – 3. 3 18 12 – 4. 4 8 6 – 5. 5 18 12 – 6. 6 8 6 7. 7 7 5 – ИТОГО: 71 51 – Вопросы к экзамену по курсу «Биомедицинская оптика» 1. Характеристики радиационных полей лазерного излучения.

2. Оптические характеристики биотканей. Спектр коэффициента поглощения для различных веществ (кровь, вода).

3. Закон Бэра. Условия и границы применимости модели.

4. PN- приближение для однородной бесконечной среды.

5. Диффузионное приближение. Условия и границы применимости модели.

6. Двух, 4-х, 7-потоковые модели.

7. Кинетическая модель. Уравнение переноса излучения.

8. Метод Монте-Карло для решения уравнения переноса излучения.

9. Общая постановка обратных задач. Метод коллимированного пропускания для определения оптических характеристик.

10. Методы решения обратной задачи в диффузионном приближении.

11. Методы решения обратной задачи в кинетическом приближении.

12. Тепловой эффект воздействия лазерного излучения. Виды теплового воздействия (коагуляция, денатурация и т.д.). Применение высокоинтенсивного лазерного излучения в медицине.

13. Математические модели тепловых полей.

14. Методы контактной термометрии.

15. Методы неконтактной термометрии.

16. Фотохимический эффект. ФДТ.

17. Расчет концентрации фотосенсибилизатора в ткани.

18. Гипотезы о механизме воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения на биоткани.

19. Оптические спектрометры.

20. Диагностика различных патологий.

21. Фотодинамическая диагностика. Определение концентрации кислорода в тканях.

22. Флуоресценция.

23. Оптическая когерентная томография.











© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.