Срок реализации программы: 2011 год

Темник исследовательских работ для участников группы «Научные кадры будущего»
по научному направлению «Биомедицинская инженерия»
Место проведения исследования: кафедра «Биомедицинская техника»
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Научные руководители:
доцент Орлов Юрий Николаевич, кандидат технических наук;
профессор И.Н. Спиридонов, доктор технических наук, зав. кафедрой;
доцент Карпухин Валерий Анатольевич, кандидат технических наук;
доцент Самородов Александр Васильевич, кандидат технических наук;
доцент Змиевской Григорий Николаевич, кандидат технических наук;
доцент Иванцов В.И., кандидат технических наук
1.
1. Обзор, анализ и разработка медицинских измерительных приборов и систем.
2. Конструирование элементов и деталей медицинских приборов и систем.
3. Разработка схемных решений (структурных и принципиальных схем) медицинских приборов и систем.
Краткая аннотация: На основе изучения литературных источников по выбранной теме, провести анализ характеристик
биообъекта в норме и при патологии, смоделировать, разработать и сконструировать выбранные узлы,
схемы или элементы конструкции. Выработать предложения по медицинской технологии. Проверка
работоспособности.
2.
1. Обзор, анализ и разработка медицинских аппаратов и систем.
2. Конструирование элементов и деталей медицинских аппаратов и систем.
3. Разработка схемных решений (структурных и принципиальных схем) медицинских аппаратов и систем.
Краткая аннотация: На основе изучения литературных источников по выбранной теме, провести анализ характеристик
биообъекта в норме и при патологии, смоделировать, разработать и сконструировать выбранные узлы,
схемы или элементы конструкции. Выработать предложения по медицинской технологии. Проверка
работоспособности.
3. Обзор, анализ и разработка биометрических приборов и систем.
Краткая аннотация: На основе ознакомления с характером угрозы, выбрать мониторируемый биометрический параметр.
Моделирование биометрической системы, разработка и конструирование узла, схемы, элемента
конструкции. Проверка работоспособности. Предложения по реализации.
.
1
Московский государственный технический универси тет им. Н.Э. Баумана
Специализированная научно-исследовательская подготовка группы «Научные кадры будущего»
ПРОГРАММА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО КУРСА
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ПОДГОТОВКИ
НА 2011 ГОД ПО НАПРАВЛЕНИЮ: «БИОМЕДИЦИНСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ»
Место прохождения подготовки:
кафедра «Биомедицинская техника»
Руководители направления:
профессор Спиридонов Игорь Николаевич,
зав. кафедрой, доктор технических наук;
доцент Орлов Юрий Николаевич,
кандидат технических наук
Статус обучающихся: 8-11 класс
Срок реализации программы: 2011 год
г. Москва, 2011 г.
2
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к программе специализированного курса научной подготовки
Данная программа предназначена для научно-технической специализации группы проходящих
обучение на кафедре Биомедицинской техники (БМТ-1) в области технического обеспечения
биологии, биометрии и медицины в течение 2011 года. Это год обучения группы НКБ состоит из трех
циклов, организуемых на принципах исследовательского обучения в мастер-классе кафедры БМТ-1
(весна, лето, осень).
Обучающиеся научной школы - это особо перспективные молодые исследователи, школьники
8-11 классов, отобранные по всей России для специализированной научной подготовки в
приоритетных направлениях развития науки, техники и технологий Российской Федерации.
Цель программы: формирование знаний, умений и навыков самостоятельной
экспериментальной и исследовательской деятельности в области технического обеспечения
биологии, медицины, а также соответствующих разделов техники – оптики, электроники, квантовой
физики, биохимии, биофизики и др.
Задачи программы:
Формирование познавательных потребностей учащихся в области БМТ-1;
Расширение кругозора учащихся, целостного восприятия окружающего мира;
Освоение теоретических и практических основ исследовательской деятельности;
Теоретическая и практическая разработка выполняемых исследовательских проектов;
Содействие в профессиональном самоопределении обучающихся.
Занятия проводятся в помещениях кафедры, оснащенной, методическими, дидактическими и
техническими средствами (приборами и аппаратами для биометрии, медицинской и лабораторной
техникой, сопутствующими изделиями и материалами.
Формы проведения цикла занятий: теоретические и практические занятия, индивидуальная
работа (мастер-класс, беседы, индивидуальные и групповые консультации участников с
руководителями направлений, подбор перспективных тем научно-исследовательских работ,
научные экскурсии, конкурсы, лабораторные и практические работы по постановке экспериментов
или опытов, встречи с учеными, посещение научных центров, работа с литературой и т.д.).
Формы подведения итогов реализации образовательной программы – выступления с
докладами на конференциях и семинарах типа ”Студенческая весна” и др.
Эффективность процесса обучения отслеживается в системе разнообразных форм
аттестаций:
а) входного контроля в начале каждого цикла занятий (тесты, опрос);
б) промежуточной аттестации в конце каждого цикла занятий (мини-конференции
исследовательских работ с коллективным обсуждением и оценкой на расширенных заседаниях
мастер-класса, участие в обязательных творческих конкурсах, олимпиадах, викторинах);
в) итоговой аттестации (защита домашних работ и итоговых проектов). Результаты
деятельности обучающихся заносятся в «Творческие паспорта» и «Зачетные книжки
обучающегося».
Участники с лучшими исследовательскими проектами в каждом этапе рекомендуются для
участия в научных мероприятиях программы «Шаг в будущее».
I. Пояснительная записка
Задачи мастер-класса – вызвать практический интерес к предмету инженерного дела, научить вести
самостоятельные исследования, привить умение и владение творческой технологией исследования,
обучить современным методам изучения предмета.
Обучение в рамках мастер-класса направлено на достижение следующих целей:
-знакомство с основными направлениями кафедры БМТ-1, ее историей и перспективными
направлениями работ;
3
-ознакомление с теоретическими основами и принципами разработки биотехнических систем,
особенностями проектирование и эксплуатации изделий биометрического и медицинского
назначения;
-ознакомление с этапами жизненного цикла изделий медицинского назначения, правилами
сертификации, метрологического обеспечения, обработки результатов, утилизации;
-овладение умениями применять полученные знания для объяснения основных процессов,
происходящих в живом организме;
-развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе
решения конкретных задач конструирования, моделирования;
-способности к самостоятельному приобретению новых знаний по мере развития техники в
соответствии с жизненными потребностями и интересами;
-применение полученных знаний и умений для решения задач практической и теоретической
деятельности.
В результате изучения биомедицинской техники в рамках мастер-класса учащийся должен
знать:
- смысл понятий: приборов, аппаратов и систем медицинского и биометрического назначения;
- смысл биофизических и биохимических явлений, происходящих в процессе диагностики или
лечения.
Учащийся должен уметь:
- объяснять биофизические и биохимические процессы, происходящие при работе
биомедицинского комплекса в целом;
- объяснять принцип действия отдельных частей БМТ,
- анализировать особенности устройства и функционирования элементов БМТ в зависимости от
назначения;
- учитывать влияние особенностей устройства на технические и эксплуатационные свойства
приборов и аппаратов;
- использовать приобретенные знания и умения в процессе конструирования, моделирования, в
повседневной жизни.
Для решения поставленных задач учащимся будут прочитаны лекции с проведением
практических занятий и демонстраций техники по следующим направлениям: ”Основы
взаимодействия физических полей с биообъектами”, ”Методология научного исследования”,
”Практика медико-биологических исследований”, ”Измерительные преобразователи низкочастотных
и высокочастотных физических полей биообъекта”, ”Технические методы диагностических
исследований и лечебных воздействий”, “Биотелеметрия”, “Узлы и элементы медицинской техники”,
”Медицинские приборы, аппараты и системы”, ”Лазерная медицинская техника”.
II. Содержание программы подготовки
1. ”Основы взаимодействия физических полей с биообъектами” (4 акад. часа)
(Змиевской Г.Н., кандидат технических наук)
Основные представления о взаимодействии физических полей с биообъектами с позиции
теории биотехнических систем (БТС). Структура БТС пассивного и активного типа. Оптимальное
управление лечебным воздействием при наличии обратных связей. Адаптация биообъекта к
внешним воздействиям. Типы воздействия на биообъект в БТС: электромагнитным излучением
(ЭМИ), ультразвуком (УЗ), гравитационными полями. Волновые и квантовые свойства ЭМИ.
Уравнения Максвелла. Когерентность ЭМИ.
Звуковые колебания. Спектр, природа, источники, способы получения. Преломление и
отражение звуковых волн, волновое сопротивление. Инфразвук (ИЗ), слышимый звук, ультразвук
(УЗ). Особенности взаимодействия с биообъектами и действие на организм.
4
Гравитационные воздействия на биообъект. Особенности космической биологии и медицины.
Функциональные отклонения в организме в условиях невесомости. Изменение роли гравитации в
протекании жизненно важных процессов в зависимости от размеров биообъекта.
Действие ионизирующих излучений на биообъекты. Понятие о радиобиологии. Определение и
классификация ионизирующих излучений. Корпускулярное и некорпускулярное излучение.
Естественные и искусственные источники ионизирующего излучения. Виды рентгеновского
излучения. Принципы формирования тормозного и характеристического излучений. Гамма - и
синхротронное излучение. Дозиметрия ионизирующих излучений. Биологическая активность
различных видов излучений. Понятие об эквивалентной дозе и коэффициенте относительной
биологической эффективности. Единицы измерения дозы. Типовые значения доз от естественных и
искусственных источников, включая медицинские установки. Принципы работы и основные типы
дозиметрических приборов для измерения радиоактивности. Первичные физические эффекты при
взаимодействии ионизирующих излучений с биообъектами. Эффект Комптона, фотоэффект,
рождение и уничтожение электрон-позитронных пар, рентгенолюминесценция. Ослабление
ионизирующих излучений при прохождении через среду. Вторичные физические эффекты.
Физико-химические эффекты. Прямое и непрямое действие. Радиолиз воды. Действие на ДНК:
повреждение нуклеотидов, однонитевые и двухнитевые разрывы. Действие на белки, липиды и
углеводы. Действие ИИ на клеточный метаболизм. Генетические и соматические эффекты.
Основные стадии радиационного поражения. Сравнительная радиочувствительность различных
структур организма. Действие радиопротекторов и радиосенсибилизаторов. Репаративные
процессы. Биологическое действие малых доз ИИ. Стохастические и детерминированные эффекты.
Классификация фотобиологических процессов. Типы физиологических реакций:
энергетические, информационные, биосинтетические. Типы деструктивно-модифицирующих
процессов: патофизиологические, мутагенные, цитотоксические.
Основные стадии фотобиопроцессов: фотофизическая, фотохимическая, фотобиологическая.
Основные механизмы передачи энергии при переходах между синглетными и триплетными
состояниями. Распределение поглощенной биообъектом энергии. Основные каналы
преобразования поглощенной энергии (излучательные и безызлучательные). Квантовая
эффективность преобразования энергии по каналам. Характеристики возбуждаемой
флуоресценции. Спектр биологического действия. Элементарные фотохимические реакции:
фотодиссоциация, фотоизомеризация, фотодимеризация, фотосенсибилизация, фотоокисление,
фотоионизация и др. Квантовый выход реакции.
Оптические свойства различных биотканей. Основные поглощающие компоненты. Типы
пигментов. Глубина проникновения излучения в биоткань. Особенности распространения излучения
в мутных средах. Оптические свойства кожи.Действие УФ излучения на биообъекты, особенности
воздействия излучения УФ-А, УФ-В и УФ-С поддиапазонов. Механизмы действия УФ излучения на
молекулярном уровне, особенности действия на ДНК, белки и липиды. Основные системные
эффекты: инактивация, накопление витаминов, эритемное действие, мутагенез, канцерогенез.
Озонная проблема. Бактерицидное действие УФ излучения.
Особенности взаимодействия с биообъетами излучения видимого диапазона.
Фотосенсибилизация. Эндогенные и экзогенные сенсибилизаторы. Принципы фотодинамической
терапии (ФДТ). Гипотезы механизмов фотодинамического воздействия. Физиологические реакции с
участием билирубина, альбумина, гемоглобина. Светокислородный механизм. Фотосинтез.
Свойства пигментов хлорофилла и каротиноидов. Основные стадии фотосинтеза. Спектр
биодействия.
Свойства ИК излучения. Понятие теплового излучения. Абсолютно черное тело (АЧТ). Законы
излучения АЧТ. «Серые» тела, коэффициент «серости» для различных биотканей и органов.
Основные механизмы действия ИК излучения на биообъекты. Тепловая рецепция. Теплообмен
организма с внешней средой, тепловой баланс, терморегуляция. Тепловые параметры живого
5
организма: температура тела, теплопродукция, теплоотдача. Тепловые биологические эффекты при
нагревании биоткани: денатурация, коагуляция, деструкция.
Использование ионизирующих и неионизирующих излучений в медицине. Основы
медицинской акустики и космической медицины.
Естественные и искусственные источники УФИКОП-излучения. Свойства солнечного
излучения. Гелиотерапия. Свето- и лазеротерапия. Гипертермия. Лазерная хирургия. Медицинское
применение ФДТ. Лазерная флуоресцентная диагностика в медицине (микроспектрофлуориметрия,
проточная флуориметрия рассеяния, флуоресцентный спектральный анализ). Принципы ИК
терапии. Методы контроля и измерения тепловых характеристик биообъектов. Принципы
тепловидения.
Список литературы.
1. Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими
объектами. Воздействие ионизирующего и оптического излучения: Учебное пособие. М.: Издво МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 240 с.
2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. Учебник для ВУЗов. М.: Высшая школа,
1999.
3. Березовский В.А., Колотилов И.И. Биофизические характеристики тканей человека. Киев:
Наукова думка, 1990, 224 с.
2. ”Методология научного исследования” (4 акад. часа)
(доцент А.В. Самородов, кандидат технических наук)
Особенности организации и проведения исследований в области разработки биомедицинской
техники.
Общие вопросы методологии научного исследования, объекты, предметы и цели научных
исследований, научная новизна и практическая значимость, уровни научного исследования,
научные законы. Особенности описания живых систем, особенности взаимодействия технической
системы и биообъекта.
Моделирование в научных исследованиях
Виды моделей, используемых в медико-биологических исследованиях. Особенности
использования линейных моделей. Источники математических моделей, роль вычислительной
техники при моделировании, проверка адекватности математической модели. Методы
исследования нелинейных систем, странные аттракторы и динамический хаос, элементы теории
бифуркаций, элементы теории катастроф, фракталы.
Планирование и обработка результатов экспериментальных исследований
Элементы теории планирования эксперимента. Особенности проведения медико-биологических
экспериментов, методы статистического анализа данных эксперимента, погрешности результатов
измерений, источники погрешностей результатов измерений и вычислений, методы выявления и
устранения погрешностей, оптимальное представление медико-биологических сигналов.
Интерпретация экспериментальных данных, особенности решения обратных задач.
Поиск, представление и практическое использование научной информации
Подбор и организации научного материала. Представление результатов научных
исследований, структура научной работы, оформление отчетов по НИОКР. Практическое
использование и внедрение результатов научных исследований, проектирование биотехнических
систем, виды обеспечения автоматизированных систем и формирование требований к ним.
6
Список литературы.
1. Крутов В.И., Попов В.В. Основы научных исследований. М.: Высшая школа, 1989.
2. Корюкова А.А., Дера В.Г. Основы научно-технической информации. М., 1985.
3. Лощилов В.И., Щукин С.И. Принципы анализа и синтеза биотехнических систем. М.: МВТУ, 1987.
4. “Практика медико-биологических исследований”
(доцент Самородов А.В., кандидат технических наук; доцент Хрусталев А.В., кандидат технических
наук)
Суть вероятностно-статистических методов. Основы доказательной медицины. Описание
медико-биологических данных: точечные и интервальные оценки, выборочные оценки.
Принцип дисперсионного анализа. Дисперсионный анализ для выборок одинакового объема.
Ограничения дисперсионного анализа. Дисперсионный анализ для выборок различного объема.
Критерий Стьюдента. Эффект множественных сравнений. Критерий Стьюдента для множественных
сравнений. Поправка Бонферрони. Критерии Ньюмена-Кейлса и Тьюки. Множественные сравнения с
контрольной группой. Поправка Бонферрони в случае множественных сравнений с контрольной
группой. Критерий Даннета.
Анализ качественных медико-биологических признаков. Чувствительность критериев.
Описание качественных медико-биологических признаков. Точностные критерий Фишера при
анализе медико-биологических данных. Чувствительность критерия. Ошибки I и II рода. Факторы,
влияющие на чувствительность. Чувствительность критерия Стьюдента. Чувствительность
дисперсионного анализа. Чувствительность критерия «Хи-квадрат» и таблиц сопряженности.
Построение доверительных интервалов для медико-биологических данных. Доверительный
интервал для разности средних значений медико-биологических параметров. Проверка гипотез с
помощью доверительных интервалов. Доверительный интервал для среднего значения.
Доверительный интервал для разности долей. Доверительный интервал для доли. Доверительный
интервал для значений медико-биологических параметров.
Дисперсионный анализ повторных измерений. Выявление различий в повторных измерениях.
Анализ повторных измерений качественных медико-биологических признаков: критерий МакНимара. Сравнение двух выборок медико-биологических данных: критерий Манна-Уитни. Сравнение
наблюдений до и после лечения: критерий Уилкоксона. Сравнение нескольких групп: критерий
Крускала-Уоллиса. Непараметрическое множественное сравнение. Повторные измерения: критерий
Фридмана. Множественное сравнение после применения критерия Фридмана.
Список литературы.
Спиридонов И.Н. Основы статистической обработки медико-биологической информации. М.:
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 56 с.
2. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989. 540 с.
3. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1999. 459 с.
1.
4. ”Измерительные преобразователи низкочастотных и высокочастотных физических
полей биообъекта” (доцент Орлов Ю.Н., кандидат технических наук)
Часть 1. Фундаментальные взаимодействия и закономерности развития молекулярного,
атомного и ядерного структурных уровней. Стабильность атомов, ядер, фундаментальных частиц,
типы квантовых переходов в веществе, источники колебательных процессов на различных
структурных уровнях.
7
Общепризнанные закономерности (факты), определяющие живое. Необходимые и
индивидуальные признаки живого. Определения живого и гипотеза о расширении перечня живых
структур в области микромира.
Временные функции, представление информации в фазовом пространстве. Астрономическое
время. Продолжительность времени. Собственное время. Биологические ритмы. Классификация
биоритмов и частот и соответствие установленным частотным диапазонам. Параметры
колебательных процессов живого.
Технические средства для исследования биоритмов в области крайне низких и низких частот,
радиочастот, крайне высоких частот и оптического излучения.
Генез электрических сигналов в биообъектах, параметры биоэлектрических сигналов.
Измеряемые электрические параметры. Основные схемы измерения в условиях биотехнической
системы. Отведение, полуэлемент, измерительная ячейка, электрохимические процессы на
границах металл-металл, металл-раствор, раствор-раствор. Двойной электрический слой.
Определение потенциала электрода. Потенциал смещения. Электрохимические характеристики
металлов, используемых для электродов. Кинетика поляризации. Импеданс измерительной ячейки.
Физические модели отведений.
Основные типы биоэлектрических электродов (поляризующиеся, слабополяризующиеся,
неполяризующиеся). Особенности конструкций биоэлектрических электродов, перспективные
конструкции и тенденции развития. Шумовой сигнал электрической ячейки. Адсорбционный и
окислительно-восстановительный потенциалы. Суммарное выходное напряжение электрической
ячейки. Обобщенная модель отведения.
Изучение принципа действия и сравнительных характеристик биоэлектрических электродов
различных типов. Практическое исследование биоэлектрических электродов 1-го рода с целью
оценки соответствия установленным характеристикам. Обоснование области применения электрода
на основе сопоставления характеристик электрических сигналов структурных уровней биообъекта и
собственных (электрохимических электродных) колебательных процессов. Выводы о возможности
применения биоэлектрических электродов 1-го рода.
Часть 2. Изучение принципа действия и сравнительных характеристик биоэлектрических
электродов различных типов. Практическое исследование биоэлектрических электродов 2-го рода с
целью оценки соответствия установленным характеристикам. Обоснование области применения
электрода на основе сопоставления характеристик электрических сигналов структурных уровней
биообъекта и собственных (электрохимических электродных) колебательных процессов. Выводы о
возможности применения биоэлектрических электродов 2-го рода.
Отечественные и зарубежные конструкции электродов, стандарты и термины, параметры и
методы испытания электродов. Микроэлектроды; конструкции и материалы, электроды первого и
второго рода, особые требования и параметры микроэлектродов. Одноразовые электроды.
Назначение, конструкции, характеристики и материалы. Неметаллические поляризующие
электроды. Использование токопроводящих резин, пластмасс, керамики, углеродоподобных
материалов.
Тенденции и развитии электродной техники: электроосмотические (керамические), емкостные,
резистивные, резистивно-емкостные, емкостно-динамические и МДП-электроды. Согласование
электрических характеристик электродов и входных каскадов ЭМА.
Измерительные преобразователи неэлектрических величин. Типы и классификация сигналов
неэлектрической природы в медико-технических и биомедицинских задачах, их количественные
характеристики.
Измерение температуры технических и биологических объектов. Источники тепла. Физические
механизмы передачи тепла. Уравнение теплового баланса. Общая классификация тепловых
измерительных преобразователей.
Контактные измерительные преобразователи: термометры расширения, биметаллические,
термоэлектрические (термопара, терморезисторы, термисторы), жидкокристаллические
измерительные преобразователи. Физические принципы работы, учет требований БТС,
конструкции, материалы. Примеры применения в медико-технических и биомедицинских задачах.
8
Изучение принципа действия и сравнительных характеристик термоэлектрических измерительных
преобразователей различных типов. Практическое исследование термоэлектрических
измерительных преобразователей с целью оценки соответствия установленным характеристикам.
Обоснование типа применяемого термоэлектрического измерительного преобразователя на основе
сопоставления тепловых характеристик исследуемого объекта и собственных характеристик
термоэлектрического измерительного преобразователя. Выводы о возможности применения
исследуемого типа термоэлектрического измерительного преобразователя.
Бесконтактные измерительные преобразователи: пирометрия, термография. Законы
теплового излучения. Термические приемники излучения. Пироэлектрики. Типы, конструкции,
материалы. Примеры применения в медико-технических и биомедицинских задачах.
Изучение принципа действия и сравнительных характеристик фотоэлектрических
измерительных
преобразователей
различных
типов.
Практическое
исследование
фотоэлектрических измерительных преобразователей с целью оценки соответствия установленным
характеристикам. Обоснование области применения фотоэлектрического измерительного
преобразователя на основе сопоставления оптических характеристик исследуемого объекта и
собственных характеристик фотоэлектрического измерительного преобразователя. Выводы о
возможности применения исследуемого типа фотоэлектрического измерительного преобразователя.
1.
2.
3.
4.
Список литературы.
Орлов Ю.Н. Проектирование медицинских измерительных преобразователей: Учебное пособие:
В 3 ч. Ч. 1: Фундаментальные свойства живого. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 83 с.
Орлов Ю.Н. Проектирование медицинских измерительных преобразователей: Учебное пособие:
В 3 ч. Ч. 2: Измерительные преобразователи электрических полей живого (биоэлектрические
электроды) для диапазона низких и крайне низких частот. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,
2011. 81 с.
Орлов Ю.Н., Скворцов С.П. Термометрирование биообъектов. Учебное пособие. М.: Изд-во
МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. 25 с.
Электрические измерения неэлектрических величин / Под peд. П.B. Hoвицкого Л.: Энергия, 1975.
576 с.
5. ”Технические методы диагностических исследований и лечебных воздействий”
( доцент Карпухин В.А., кандидат технических наук; ассистент Кудрин Ю.В.)
Особенности биологических систем как объектов исследований. Источники погрешностей при
измерении параметров биологических систем. Методические погрешности. Погрешности, связанные
с особенностями биологических систем: нестационарностью, внутривидовой и временной
вариабельностью параметров организма, необходимостью проведения косвенных измерений и др.
Понятие физиологической нормы. Влияние пола, возраста и других факторов на границы
физиологической нормы. Отнесение к норме по результатам измерений. Понятия ошибок 1го и 2го
рода, порога принятия решения. Виды методов диагностических исследований. Исследования в
состоянии покоя и функциональные пробы. Однократные и длительные исследования.
Показатели качества ТМДИ. Экспериментальные методы оценки показателей качества
методов и средств диагностических исследований. Небиологические модели биологических структур
и систем, биомодели. Общая структура медицинской измерительной системы.
9
Методы измерения электрических параметров и показателей организма. Биофизические
механизмы генерации электрокардиосигналов (ЭКС). ЭКГ, основные виды отведений. Методы
длительной регистрации и анализа ЭКС. Мониторинг ЭКС по Холтеру. Кардиомониторы.
Статистический анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР). Исследование ЭКС при
функциональных нагрузочных пробах. Биофизические механизмы генерации и особенности
измерения биопотенциалов (мозга, мышц, глаз, желудка).
Реоплетизмография, модель для интерпретации измерений. Биполярный и тетраполярный
метод. Импедансный метод измерения ударного объема сердца, формула Кубичека и ее аналоги.
Импедансный метод определения частоты и объема дыхания. Метод регистрации кожногальванической реакции (КГР), его применение в психофизиологических исследованиях. Методы
измерения магнитных полей организма. Магнитные поля биологического происхождения. Магнитные
поля окружающей среды, затрудняющие измерение собственных полей биообъекта. Методы и
технические средства измерения собственных полей биообъекта.
Методы измерения биомеханических параметров кровообращения. Давление крови,
особенности его измерения в различных отделах системы кровообращения. Прямой метод
измерения давления крови. Косвенные методы измерения артериального давления. Метод РиваРочи, метод тонов Короткова. Ультразвуковой датчик для измерения давления.
Осциллометрический метод измерения давления. Методы непрерывной регистрации давления
(мониторинг АД). Теоретические основы измерения минутного объема кровообращения и объема
циркулирующей крови методом разведения индикатора. Метод разведения непрерывноинфузируемого индикатора, метод Фика. Метод разведения болюса индикатора. Метод разведения
красителя и термодилюции.
Электромагнитные расходомеры. Ультразвуковые расходомеры. Хронометрический
расходомер. Доплеровский расходомер. Методы измерения биомеханических параметров дыхания.
Исследование скорости воздушного потока и дыхательных объемов с помощью расходомерных
датчиков. Легочные объемы и их оценка. Спирометрия. Оценка объема легких по вымыванию азота.
Оценка объема легких по разведению гелия. Функциональные пробы по механике дыхания.
Статические механические характеристики легких. Ограничение потока. Потоки и объем
форсированного выдоха.
Фотометрические методы исследований. Основные фотометрические методы. Показатели
крови, определяемые с помощью фотометрических методов. Фотоплетизмография. Оксиметрия.
Капнометрия. Лазерная допплеровская флуометрия.
Методы исследования теплопродукции и теплообмена. Контактные методы измерения
температуры. Электромагнитное излучение биообъекта в ИК- и СВЧ-диапазонах. Инфракрасная
термометрия, оптико-механические и фотоэлектронные системы сканирования. Радиометрия.
Методы измерения акустических параметров организма. Механизмы генерации шумов
сердца. Метод фонокардиографии. Технические средства фонокардиографии. Методы и средства
фонопульмонографии.
Лабораторно-диагностические исследования. Основные компоненты состава крови. Вязкость
крови, принцип действия капиллярного и ротационного вискозиметра. Седиментационный анализ
состояния эритроцитов по скорости их оседания (СОЭ). Тромбоэластография, исследование
свертываемости крови. Электрометрические методы анализа состава крови. рН-метрия,
полярография (определение рО2, рСО2). Ручные и автоматизированные методы подсчета клеток
крови. Методики подготовки пробы для подсчета: кондуктометрические и оптические счетчики.
Методы и техника проточно-цитометрического анализа.
Методы радионуклидной диагностики. Общие сведения о радионуклидных методах
диагностики. Краткие сведения из теории ядерных излучений. Детекторы радионуклидной
диагностики:
газонаполненные,
полупроводниковые,
сцинтилляционные
детекторы.
10
Преобразование и обработка
радионуклидной диагностики.
сигналов
детекторов
излучений.
Технические
средства
Технические методы лечебных воздействий. Методы воздействия электромагнитными
полями. Общие сведения о физиотерапии. Методы воздействия постоянным электрическим током.
Методы воздействия импульсными и переменными электрическими токами. Методы получения
специфических реакций при электростимуляции. Воздействие на биообъект высокочастотными
электромагнитными полями. Лечебное воздействие электрической и магнитной составляющей поля.
Воздействия СВЧ-полями. Применения высокочастотных токов при хирургических операциях.
Электрокардиостимуляторы. Различные типы электрокардиостимуляторов (с собственным
источником энергии, с высокочастотной передачей энергии, с индуктивной передачей импульсов,
управляемые и неуправляемые). Механизмы возникновения фибрилляции сердца и лечебного
воздействия мощного электрического импульса. Методы и технические средства дефибрилляции.
Список литературы
1.
Гусев В.Г. Получение информации о параметрах и характеристиках организма и физические
методы воздействия на него: Учебное пособие. М.: Машиностроение, 2004. 597 с.
2. Гланц С. Медико-биологическая статистика: Пер. с англ. М.: Практика, 1998. 459 с.
3. Генкин А.А. Новая информационная технология анализа медицинских данных (Программный
комплекс ОМИС). СПб.: Политехника, 1999. 191 с.
6. Биотелеметрия
(профессор Спиридонов И.Н., доктор технических наук; доцент Апполонова И.А., кандидат
технических наук).
Основные характеристики биотелеметрических систем (БТМС). Обобщенная схема
биоизмерений. Обобщенное уравнение БТМС. Обобщенные структурные схемы одноканальной и
многоканальной БТМС. Классификация БТМС. Методы передачи медико-биологических сигналов.
Источники биотелеметрических сообщений. Основные статистические характеристики медикобиологических сообщений Искажения и помехи в биотелеметрии. Погрешности телеизмерений.
Основная и дополнительная погрешности. Статистические характеристики погрешностей БТМС.
Суммирование погрешности. Динамические погрешности БТМС. Помехи в биотелеметрии.
Артефактные помехи. Физиологические помехи. Внешние помехи. Флуктуационная помеха.
Квантование сообщений по параметру и времени. Погрешности квантования.
Понятие энтропии. Условная и безусловная энтропии. Среднее количество информации.
Дифференциальная энтропия. Информационная емкость сигнала. Информационная емкость
сигнала при наличии погрешности. Пропускная способность канала связи.
Непрерывные сигналы. Амплитудная модуляция. Частотная модуляция. Фазовая модуляция. Выбор
полосы частот сигнала. Импульсные модулированные сигналы. Амплитудно-импульсная модуляция.
Широтно-импульсная модуляция. Время-импульсная модуляция. Частотно-импульсная модуляция.
Кодоимпульсная модуляция.
Передача биотелеметрической информации. Условие разделения сигналов. Структурнофункциональная схема и уравнения БТМС с частотным уплотнением каналов. Выбор значений
поднесущих частот. Телеметрические стандарты частот, используемые в биотелеметрии.
Временное разделение каналов и требования, предъявляемые к нему. Структурно-функциональная
схема и уравнения БТМС с временным разделением каналов. Критерии выбора диапазона частот.
БТМС с временным уплотнением каналов. Структурно-функциональная схема и уравнения БТМС с
временным разделением каналов. Понятие телеметрического кадра. Критерии выбора интервала
дискретизации.
11
Кодовое уплотнение каналов и требования, предъявляемые к нему. Функциональная схема
биотелеметрической системы с кодовым уплотнением каналов. Применение микропроцессорных
средств для предварительной обработки и уплотнения каналов передачи биотелеметрической
информации.
Каналы связи биотелеметрических систем. Назначение канала связи. Обобщенная схема канала
связи. Основные характеристики. Радиоканал. Условие передачи биотелеметрической информации
по радиоканалу. Особенности излучения электромагнитных колебаний в свободном пространстве.
Основные типы антенн, применяемые в биотелеметрии. Гидроакустический канал связи. Уравнение
передачи биотелеметрической информации. Основные параметры гидроакустического канала.
Особенности построения гидроакустических систем. Передача биотелеметрической информации по
телефонному каналу связи. Первичные и вторичные параметры проводной линии связи. Условия
передачи информации по проводной линии связи. Оптический канал связи. Основные параметры
оптического канала связи и требования, предъявляемые к нему. Уравнение передачи информации
по оптическому каналу связи.
Потенциальная помехоустойчивость биотелеизмерений. Критерии оценки качества БТМС.
Критерии оценки качества БТМС. Расчет потенциальной помехоустойчивости одноканальной БТМС.
Расчет потенциальной помехоустойчивости многоканальной БТМС. БТМС для передачи медикобиологической информации. Кардиомониторные системы для длительного наблюдения за
состоянием пациентов. Радиобиотелеметрическая (РБТМ) система для наблюдения за состоянием
человеческого организма. РБТМ для контроля функций внутренних органов.
Список литературы.
1. Спиридонов И.Н. Биотелеметрия: Учебное пособие. М: Изд-во МГТУ, 1994. 24 с.
2. Спиридонов И.Н. Биотелеметрия. Сообщения и сигналы: Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ,
1995. 52 с.
3. Спиридонов И.Н. Биотелеметрия. Каналы передачи информации: Учебное пособие. М.: Изд-во
МГТУ, 2000. 28 с.
7. “Узлы и элементы медицинской техники”
(доцент Иванцов В.И, кандидат технических наук).
Узлы сопряжения медицинской техники с биообъектом, рабочие узлы. Схема для
одновременной регистрации сигнала реограммы и ЭКГ. Усилитель с компенсацией постоянной
составляющей. Варианты RC-цепочек и особенности их использования. Программируемый
усилитель с плавной регулировкой коэффициента усиления. Преобразование биполярного сигнала
в униполярный в соответствии с динамическим диапазоном АЦП. Устройство выборки-хранения
(УВХ). Варианты структурных схем медицинской аппаратуры. Борьба с помехами в узлах
медицинской техники. Требования ко вторичным источникам питания при разработке контроллеров
(АЦП, ЦАП) плат сбора медицинской информации.
Линии связи, особенности их проектирования и использования в медицинской технике. Линии
связи (ЛС), особенности их проектирования и использования в медицинской технике. Типовые
линии связи (ЛС), используемые в медицинской технике. Использование кабеля для передачи
сигнала. Коды и их использование при передаче медицинских сигналов.
Интерфейсы медицинских микрокомпьютерных систем. Основные аспекты сопряжения МК с
медицинскими приборами. Обобщенная схема ввода-вывода. Интерфейсы ММС: основные понятия,
стандартизация, типы, протоколы обменов. Структурные схемы аппаратной организации. Основы
программного обеспечения стандартных интерфейсов. Параллельный интерфейс. Подключение
комплекса «кабинет до врачебного обследования» к ПК. Вывод аналогового сигнала с
12
использованием параллельного порта. Ввод аналоговых сигналов через параллельный порт.
Особенности ввода цифровых сигналов через параллельный порт. Последовательный порт,
интерфейс RS232C. Внутренняя схема UART Схема экспериментальной платы последовательного
порта. Перспективные схемотехнические и программные решения при сопряжении узлов и
элементов медицинских приборов и аппаратов с ПК, проблемы и задачи. Практическая реализация
канала связи медицинского устройства с ПК при помощи интерфейса USB.
Проводная связь с удалённым источником медицинских данных. Проводная связь с
удалённым источником медицинской информации, использующая счётчик. Схема связи с
удалённым источником медицинской информации, использующая сдвиговый регистр.
Элементы и узлы для передачи по одному кабелю, сигналов управления и данных.
Канал для одновременной передачи напряжения питания, синхроимпульсов и медицинской
информации по одному кабелю. Канал для одновременной передачи по одному кабелю сигналов
запроса прерывания и данных с медицинского прибора.
Двунаправленная передача медицинских данных. Канал для одновременной двунаправленной
передачи медицинской информации по одному кабелю (без гальванической развязки). Канал для
одновременной двунаправленной передачи медицинской информации по одному кабелю (с
гальванической развязкой).
Кодирование медицинских данных и управление медицинскими аппаратами.
передачи медицинской информации, использующие код “Манчестер-II”.
компьютера с медицинским аппаратом (мощным потребителем энергии).
Каналы для
Схема связи
Список литературы.
1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. Учебник для студентов
ВУЗов по специальности “Биомедицинская техника”, М.: Высшая школа, 2004.
2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. Учебное пособие. СПб.: БХВ-Петербург, 2001.
3. Потёмкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. М.: Энергоатомиздат. 1988.
8. ”Медицинские приборы, аппараты и системы”
(доцент Карпухин В.А., кандидат технических наук)
Основные принципы построения медицинских приборов, аппаратов и систем. Технические
средства в системе здравоохранения, техническое обеспечение лечебного процесса.
Классификация медицинских электронных приборов, аппаратов и систем. Этапы проектирования
медицинской техники. Обобщенные структурные схемы медицинских систем для диагностики,
терапии и хирургии. Биотехнические особенности проектирования медицинской электронной
аппаратуры (МЭА). Помехи и шумы биотехнических систем (БТС) МЭА.
Диагностические приборы и системы. Приборы и системы для регистрации и анализа
медико-биологической информации. Приборы и системы для регистрации электрофизиологических
сигналов: электрокардиографы, электроэнцефалографы, электромиографы.
Предварительные уcилители электрофизиологических сигналов (ЭФС). БТС биотканьэлектрод-усилитель (БЭУ). Методы отведения биопотенциалов, электрическая схема замещения,
шумы и помехи БТС БЭУ. Характеристики усилителей электрофизиологических сигналов. Анализ
схемных решений входных каскадов усилителей электрофизиологических сигналов на основе
дифференциального каскада (ДК). Анализ схемных решений усилителей ЭФС на основе ОУ.
Методы улучшения основных характеристик медицинских диагностических приборов и
систем. Методы повышения входного сопротивления. Методы увеличения коэффициента
ослабления синфазного сигнала. Методы уменьшения дрейфа напряжения смещения. Методы
уменьшения собственных шумов усилителей.
13
Блоки предварительной обработки медико-биологической информации диагностических
систем. Особенности применения фильтров в медицинской аппаратуре. Виды фильтров. Основные
характеристики. Порядок проектирования фильтров. Методы синтеза схем активных фильтров.
Гираторы и конвертеры полного отрицательного сопротивления. Функциональные узлы для
каскадного проектирования активных фильтров. Фильтры высокого порядка. Типы частотных
характеристик фильтров. Оптимизация многозвенных активных фильтров. Адаптивные фильтры.
Активные фильтры с переключаемыми конденсаторами. Принцип работы идеальной SC-цепи.
Методы синтеза SC-фильтров. Фильтры с управляемой передаточной проводимостью.
Основные блоки реоплетизмографических систем. Основные характеристики и типы
амплитудных детекторов. Детекторы сильных сигналов. Искажения при детектировании
медицинских сигналов. Синхронное детектирование. Прохождение сигнала и низкочастотной
помехи через синхронный детектор. Структурная и принципиальная схемы синхронного детектора.
Пиковое детектирование. Корреляционные детекторы.
Приборы биологической интроскопии.
Основные блоки ультразвуковых диагностических систем. Фазовые детекторы. Принципы
работы основных типов фазовых детекторов. Импульсно-фазовые детекторы. Частотные
детекторы. Принципы работы основных типов частотных детекторов. Преобразователи частоты.
Доплеровские измерители скорости кровотока. Структурная схема преобразователя частоты.
Методы подавления помех. Биения. Двойное преобразование частоты. Основные схемные
решения преобразователей частоты.
Приборы и системы для оценки физических и физико-химических свойств биологических
объектов. Системы для психофизических, психофизиологических и психологических исследований.
Основные элементы систем для оценки температуры, веса и т.п. биологических объектов.
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.
Терапевтические аппараты и систем. Основные блоки физиотерапевтических аппаратов.
Генераторы сигналов лечебного воздействия. Стабильность частоты колебаний генераторов.
Кварцевые генераторы. Системы автоматического поддержания частоты (АПЧ). Принципы работы
систем АПЧ. Динамические свойства системы частотной АПЧ. Фазовая АПЧ. Уравнение и
динамические свойства фазовой АПЧ. Цифровые системы АПЧ. Системы автоматической
регулировки усиления (АРУ) в ультразвуковых медицинских системах. Уравнение и динамические
свойства системы АРУ. Практические схемы АРУ. Перестраиваемые генераторы. Генераторы
гетеродинного типа. Цифровые синтезаторы частот.
Хирургическая техника. Выходные каскады хирургических аппаратов. Аналоговые
усилители мощности. Дискретные усилители мощности. Усилитель мощности с ШИМ. Усилитель с
ИКМ. Спектрально-ключевые усилители мощности. Дискретно-аналоговые усилители с ШИМ и
ИКМ. Усилители с - модуляцией. Особенности усилителей мощности медицинских аппаратов.
Трансформаторные и бестрансформаторные импульсные выходные каскады. Особенности
источников вторичного электропитания, используемых в медицинской аппаратуре.
Список литературы.
1. Кореневский Н.А., Попечителев Е.П. Проектирование электронной медицинской аппаратуры
для диагностики и лечебных воздействий. Курск; СПб., 1999. 537 c.
2. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ / Под ред. Барановского А.Л.,
Немирко А.П. М.: Радио и связь, 1993. 248 с.
3. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей / Под ред. Р.И. Утямышева. М.:
Энергоатомиздат, 1983. 384 с.
9. ”Лазерная медицинская техника”
(доцент Змиевской Г.Н., кандидат технических наук)
14
Основные физические принципы работы лазеров. Спонтанное и вынужденное излучение.
Инверсная населенность. Положительная обратная связь. Понятие о лазере как автоколебательной
системе.
Балансные уравнения для расчета характеристик лазеров. Уравнения для интенсивности
излучения. Трехуровневая и четырехуровневая схемы возбуждения.
Форма и ширина линии излучения. Нелинейные эффекты при наличии неоднородного уширения
(беннетовские и лэмбовские провалы). Понятие о нелинейной лазерной спектроскопии.
Оптические резонаторы. Проблема дифракционных потерь. Применение принципа ГюйгенсаФренеля. Теория Фокса и Ли. Резонаторы типа Фабри-Перо с позиций волновой теории. Теория
гауссовых пучков. Применение матричных методов для расчета резонаторов. Устойчивые и
неустойчивые резонаторы. Влияние активной среды на свойства резонаторов. Тепловые линзы и
методы их компенсации.
Типы лазеров, наиболее широко применяемых в медицине. Газовые лазеры: лазеры на
нейтральных атомах (на примере гелий-неонового), ионные лазеры (на примере аргонового),
молекулярные лазеры (на примере углекислотного лазера). Полупроводниковые лазеры и лазеры
на активированном волокне. Основные принципы работы полупроводниковых лазеров,
преимущества гетеролазеров, возможность конструирования излучающих волоконно-диодных
модулей. Возможность использования для медицинских целей лазеров на активированном волокне.
Мультиволновые лазеры.
Твердотельные лазеры (на примере АИГ:Nd-лазера и лазера на рубине). Применение балансной
теории для описания работы твердотельных лазеров. Лазеры на самоограниченных переходах.
Эксимерные лазеры и лазеры на органических красителях. Возможность перестройки длины волны
излучения лазера в широком спектральном диапазоне. Перспективы медицинских применений
лазеров, дающих мощное когерентное излучение в УФ диапазоне.
Методы управления характеристиками лазерного излучения. Работа лазеров в различных
режимах генерации. Непрерывный режим, режим свободной генерации, режим модуляции
добротности, режим синхронизации мод. Получение предельно коротких импульсов излучения.
Модуляция и сканирование лазерного излучения. Применение жидкокристаллических модуляторов.
Магнитооптические и акустооптические модуляторы. Сканирующие системы. Основные
характеристики пространственно-временных модуляторов лазерного излучения: модуляционная
характеристика, сенситометрическая характеристика, передаточные функции, шумовые
характеристики. Понятие о нелинейных оптических эффектах. Генерация оптических гармоник.
Эффекты самовоздействия, параметрические эффекты и вынужденное рассеяние.
Медицинские применения лазеров. Лазеры в хирургии и силовой терапии. Понятие о моделях
хирургического воздействия лазерного излучения. Обратимые и необратимые термические
изменения в биотканях. Расчетные модели для случаев слабого и сильного поглощения излучения
биотканью. Характерное время теплопотерь. Условие разрушения биоткани в термодиффузионном
и фотоабляционном режимах. Стадии термической фотодеструкции биотканей. Открытая и
эндоскопическая хирургия мягких тканей. Особенности использования лазерных методов в
онкологии, стоматологии, гинекологии, ЛОР-хирургии. Возможность хирургического лечения без
госпитализации пациентов. Эндовенозная лазерная коагуляция, лечение телеангиоэктазий,
ликвидация гемангиом. Применение лазеров в сосудистой и кардиохирургии. Реваскуляризация
миокарда и лазерная ангиопластика. Лечение заболеваний опорно-двигательного аппарата.
Термопластика хрящей. Нейрохирургические операции. Аппаратура для лазерной литотрипсии.
Экстракорпоральная и интракорпоральная литотрипсия. Аналогии между литотрипсией и
ангиопластикой.
Лазеры в офтальмологической хирургии. Особенности воздействия лазерного излучения на орган
зрения. Тенденции развития медицинских методик и связанные с ними тенденции в разработках
офтальмологической лазерной аппаратуры.
Лазерные методы терапии и диагностики. Лазерная низкоинтенсивная терапия.
Специфическое и неспецифическое взаимодействие. Связь со спектром биологического действия и
проблемой биодозиметрии. Светокислородный механизм и системное описание неспецифического
15
взаимодействия. Роль когерентности излучения при НИЛТ. Матричные фототерапевтические
облучатели. Современные тенденции развития ФДТ. Новые источники лазерного излучения и новые
фотосенсибилизаторы. Расширение сферы применения ФДТ. Общие принципы лазерной
диагностики. Проблема построения когерентной оптики биосред и связь с биофотоникой. Прямая и
обратная задачи лазерной диагностики.
Лазерная спектроскопия квазиупругого рассеяния – один из наиболее распространенных в
медицине методов когерентной диагностики. Различные схемы лазерных спектрометров
оптического смешения. Лазерные анализаторы динамики биологических процессов на основе
спектроскопии квазиупругого рассеяния: азерные анемометры, приборы для анализа гемодинамики,
для исследования подвижности клеток, лазерные допплеровские микроскопы. Применение
информационных технологий в спектроскопии оптического смешения.
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.
Общие вопросы проектирования и эксплуатации лазерных приборов и аппаратов.
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.
Список литературы.
1. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. М.: Наука, 1988. 336 с.
2. Плетнев С.Д. (ред.) Лазеры в клинической медицине. М.: Медицина, 1996. 428 с.
3. Микаэлян А.Л., Тер-Микаелян М.Л., Турков Ю.Г. Оптические генераторы на твердом теле. М.:
Сов. Радио, 1967. 384 с.
Общий список литературы.
1.1. Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими
объектами. Воздействие ионизирующего и оптического излучения: Учебное пособие. М.: Изд-во
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 240 с.
1.2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учебник для ВУЗов. М.: Высшая школа,
1999.
1.3. Березовский В.А., Колотилов И.И. Биофизические характеристики тканей человека. Киев:
Наукова думка, 1990, 224 с.
2.1. Крутов В.И., Попов В.В. Основы научных исследований. М.: Высшая школа, 1989.
2.2. Корюкова А.А., Дера В.Г. Основы научно-технической информации. М., 1985.
2.3. Лощилов В.И., Щукин С.И. Принципы анализа и синтеза биотехнических систем. М.: МВТУ, 1987.
3.1. Спиридонов И.Н. Основы статистической обработки медико-биологической информации. М.:
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 56 с.
3.2. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989. 540 с.
3.3. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1999. 459 с.
4.1. Орлов Ю.Н. Проектирование медицинских измерительных преобразователей: Учебное пособие:
В 3 ч. Ч. 1: Фундаментальные свойства живого. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 83 с.
4.2. Орлов Ю.Н. Проектирование медицинских измерительных преобразователей: Учебное пособие:
В 3 ч. Ч. 2: Измерительные преобразователи электрических полей живого (биоэлектрические
электроды) для диапазона низких и крайне низких частот. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011.
81 с.
16
4.3. Орлов Ю.Н., Скворцов С.П. Термометрирование биообъектов. Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ
им. Н.Э.Баумана, 2002. 25 с.
4.4. Электрические измерения неэлектрических величин / Под peд. П.B. Hoвицкого. Л.: Энергия, 1975.
576 с.
5.1. Гусев В.Г. Получение информации о параметрах и характеристиках организма и физические
методы воздействия на него: Учебное пособие. М.: Машиностроение, 2004. 597 с.
5.2. Гланц С. Медико-биологическая статистика: Пер. с англ. М.: Практика, 1998. 459 с.
5.3. Генкин А.А. Новая информационная технология анализа медицинских данных (Программный
комплекс ОМИС). СПб.: Политехника, 1999. 191 с.
6.1. Спиридонов И.Н. Биотелеметрия: Учебное пособие. М: Изд-во МГТУ, 1994. 24 с.
6.2. Спиридонов И.Н. Биотелеметрия. Сообщения и сигналы: Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ,
1995. 52 с.
6.3. Спиридонов И.Н. Биотелеметрия. Каналы передачи информации: Учебное пособие. М.: Изд-во
МГТУ, 2000. 28 с.
7.1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника: Учебник для студентов ВУЗов
по специальности “Биомедицинская техника”. М.: Высшая школа, 2004.
7.2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: Учебное пособие. СПб.: БХВ-Петербург, 2001.
7.3. Потёмкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. М.: Энергоатомиздат. 1988.
8.1. Кореневский Н.А., Попечителев Е.П. Проектирование электронной медицинской аппаратуры для
диагностики и лечебных воздействий. Курск; СПб., 1999. 537 c.
8.2. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ / Под ред. Барановского А.Л., Немирко
А.П. М.: Радио и связь, 1993. 248 с.
8.3. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей / Под ред. Р.И. Утямышева. М.:
Энергоатомиздат, 983. 384 с.
9.1. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. М.: Наука, 1988. 336 с.
9.2. Плетнев С.Д. (ред.) Лазеры в клинической медицине. М.: Медицина, 1996. 428 с.
9.3. Микаэлян А.Л., Тер-Микаелян М.Л., Турков Ю.Г. Оптические генераторы на твердом теле. М.: Сов.
Радио, 1967. 384 с.
ПЛАН УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ
группы специализированной научной подготовки «Научные кадры будущего»
Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, весна 2011г.
Мастер-класс «ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРМЕНЕНИЯ БИОМЕДИЦИНСКОЙ ТЕХНИКИ»
научного направления
кафедры Биомедицинской техники (отв. – доц. Орлов Ю.Н.)
МГТУ им. Н.Э. Баумана
План учебных занятий весеннего семестра.
Первый день занятий.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ: доцент, к.т.н. Карпухин В.А.
ТЕМА: ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ
ВОЗДЕЙСТВИЙ
ИССЛЕДОВАНИЙ
И
ЛЕЧЕБНЫХ
17
Рассматривается многообразие методов оценки показателей качества исследования и
воздействий на пациента. Описываются особенности измерения электрических биопотенциалов,
токовых методов, биомеханики кровообращения, фотометрических методов, методов
радионуклидной диагностики, описываются технические методы лечебных воздействий.
Литература к теме – 5.1, 5.2, 5.3*.
Второй день занятий.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ: доцент, к.т.н. Орлов Ю.Н.
ТЕМА: ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НИЗКОЧАСТОТНЫХ И ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ
ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ БИООБЪЕКТА. Часть 1.
Рассматриваются фундаментальные свойства материи, ее структурированность, основные
свойства. Дается определение живой материи (признаки, многообразие биообъектов, человек).
Приводятся понятия: норма, патология, болезнь, диагностика, диагностические признаки,
измеряемые (физические) и не измеряемые (физиологические) параметры. Описываются средства
измерения медицинского назначения (измерительные преобразователи), соответствующие
низкочастотным электромагнитным полям биообъекта.
Литература к теме – 4.1…– 4.4*.
Треий день занятий.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ: заведующий кафедрой, д.т.н., профессор Спиридонов И.Н.
ТЕМА: Кафедра биомедицинской техники, ее уникальность. История и логика развития кафедры.
Специфика обучения. Научные школы и выдающиеся руководители. Современный этап развития
кафедры как отражение одной из первоочередных задач государства. Биология, медицина и
биометрия – техническое обеспечение. Признаки биообъекта и распознавание образов.
Обобщенные схемы измерений и характеристики средств для передачи биотелеметрической
информации. Каналы связи и помехоустойчивость систем.
Литература к теме – 6.1…6.3*.
Четвертый день занятий.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ: зам директора Учебно-научного медико-технического центра (УНМТЦ) Войнова
Н.А.
ТЕМА: Технические методы диагностических исследований. Лабораторная техника.
В дисциплине "Лабораторная медицинская техника" естественным образом сочетаются
материалы по биологическим основам объекта с техническими знаниями, затрагивающими основы
создания современного лабораторного оборудования и приборов. Рассмотрены общие принципы
построения
аппаратуры,
используемой
в
клинико-диагностических
лабораториях
(спектрофотометры, спектрометры, фотоэлектрические колориметры, нефелометры, пламенные
спектрофотометры, спектрофлуориметры, микроскопы световые, видеомикроскопы, хроматографы;
приборы для иммуноферментного, иммунофлюоресцентного, поляризационного флюоресцентного,
иммунохемилюминесцентного анализов; проточные цитометры, гематологические, биохимические и
другие анализаторы). Особое внимание уделено изучению вопросов автоматизации проведения
анализов и контроля качества лабораторных исследований.
Практическое занятие – знакомство с образцами диагностической лабораторной техники в
УНМТЦ.
Литература к теме – 5.1…5.3*.
Пятый день занятий.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ: доцент, к.т.н. Самородов А.В.
ТЕМА: Методология научного исследования.
18
Рассматриваются особенности организации и проведения исследований в области разработки
биомедицинской техники. Изучается тема моделирования в научных исследованиях. Затрагиваются
вопросы планирования и обработки результатов экспериментальных исследований.
Практические занятия предусматривают знакомство с образцами биомедицинской и
биометрической техники, разработанными на кафедре.
Литература к теме – 2.1…2.3*.
*Примечание: конкретная литература, ссылки на разделы учебников и рекомендуемые страницы
устанавливаются преподавателем в соответствии с уровнем подготовки учащихся.
ПЛАН УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ
группы специализированной научной подготовки «Научные кадры будущего»
Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, осень 2011г.
Мастер-класс «ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРМЕНЕНИЯ БИОМЕДИЦИНСКОЙ ТЕХНИКИ»
научного направления
кафедры Биомедицинской техники (отв. по кафедре – доц. Орлов Ю.Н.)
МГТУ им. Н.Э. Баумана
План учебных занятий осеннего семестра.
Первый день занятий.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ: доцент, к.т.н. Змиевской Г.Н..
ТЕМА: ”Основы взаимодействия физических полей с биообъектами”
Рассматриваются типа и параметры взаимодействия в биотехнических системах. Изучается
взаимодействие биообъектов со звуковыми колебаниями, гравитацией, ионизирующим излучением,
фотобиологические процессы. Описываются свойства естественных и искусственных источников
излучения.
Литература к теме – 1.1, 1.2, 1.3*.
Второй день занятий.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ: доцент, к.т.н. Орлов Ю.Н.
ТЕМА: ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НИЗКОЧАСТОТНЫХ И ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ
ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ БИООБЪЕКТА. Часть 2.
Рассматривется генез высокочастотных процессов в живом (колебательные и вращательные
спектры мембран, ионов и атомов). Описываются средства измерения медицинского назначения
(измерительные преобразователи), соответствующие высокочастотным электромагнитным полям
биообъекта. Изучаются радиотепловые и оптические измерительные преобразователи.
Литература к теме – 4.1…– 4.4*.
Треий день занятий.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ: заведующий кафедрой, д.т.н., профессор Спиридонов И.Н.
ТЕМА: Биотелеметрия.
Рассматриваются виды передаваемых сигналов, пропускная способность канала связи, свойства
непрерывных сигналов и видов модуляции. Описываются биотелеметрические стандарты и
системы с временным разделением каналов, кодовое уплотнение каналов, применение
микропроцессорной техники для предварительной обработки сигналов.
19
Литература к теме – 6.1…6.3*.
Четвертый день занятий.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ: доцент, к.т.н. Иванцов В.И.
ТЕМА: Узлы и элементы медицинской техники.
Описываются узлы сопряжения медицинской техники с биообъектом. Рассматриваются
схемные варианты RC-цепочек, используемых в схемных решениях приборов и аппаратов,
варианты структурных схем медицинской аппаратуры. Изучаются линии связи, особенности их
проектирования и использования в медицинской технике, а также интерфейсы медицинских
микрокомпьютерных систем.
Литература к теме – 5.1…5.3*.
Пятый день занятий.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ: доцент, к.т.н. Карпухин В.А.
ТЕМА: Медицинские приборы, аппараты и ситемы.
Рассматриваются особенности построение медицинских приборов аппаратов и систем.
Приводятся обобщенные структурные схемы, описание диагностических приборов и систем
(предварительных усилителей, блоков предварительной обработки медико-биологической
информации, источников питания), а также терапевтических аппаратов и систем (генераторов
сигналов, усилителей мощности, выходных каскадов).
Литература к теме – 8.1…8.3*.
*Примечание: конкретная литература, ссылки на разделы учебников и рекомендуемые страницы
устанавливаются преподавателем в соответствии с уровнем подготовки учащихся.
20
Темник исследовательских работ для участников группы
«Научные кадры будущего» по специализированным направлениям научноисследовательской подготовки по научному направлению кафедры Биомедицинская
техника.
Место проведения исследования: кафедра Биомедицинская техника.
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Научные руководители:
зав. кафедрой, д.т.н., профессор
И.Н. Спиридонов, доценты и преподаватели
кафедры Самородов А.В., Апполонова И.А., Хрусталев А.В., Карпухин В.А., Змиевской
Г.Н., Иванцов В.И., Орлов Ю.Н.
1. Обзор, анализ и разработка медицинских измерительных приборов и систем;
конструирование элементов и деталей медицинских приборов и систем; разработка
схемных решений (структурных и принципиальных схем) медицинских приборов и систем.
Краткая
аннотация:
На основе изучения литературных источников по выбранной теме, анализ
характеристик биообъекта в норме и при патологии, моделирование,
разработка и конструирование выбранного узла, схемы или элемента
конструкции. Предложения по медицинской технологии.
Проверка работоспособности. Написание отчета. Доклад на конференции.
2. Обзор, анализ и разработка медицинских аппаратов и систем; конструирование элементов
и деталей медицинских аппаратов и систем; разработка схемных решений (структурных и
принципиальных схем) медицинских аппаратов и систем.
Краткая
аннотация:
На основе изучения литературных источников по выбранной теме, анализ
характеристик биообъекта в норме и при патологии, моделирование,
разработка и конструирование выбранного узла, схемы или элемента
конструкции. Предложения по медицинской технологии.
Проверка работоспособности, Написание отчета. Доклад на конференции.
3. Обзор, анализ и разработка биометрических приборов и систем.
Краткая
аннотация:
На основе ознакомления с характером угрозы, выбор мониторируемого
биометрического параметра. Моделирование биометрической системы,
разработка и конструирование узла, схемы, элемента конструкции. Проверка
работоспособности. Предложения по реализации. Написание отчета. Доклад
21
на конференции.
1. ”Основы взаимодействия физических полей с биообъектами” (к.т.н., доцент Г.Н. Змиевской)
2. ”Методология научного исследования” (к.т.н. доцент А.В. Самородов). весна
3. ”Практика медико-биологических исследований” ( к.т.н., доцент Самородов А.В., Хрусталев А.В.)
4. ”Измерительные преобразователи низкочастотных и высокочастотных физических полей
биообъекта”, I и II части(к.т.н., доцент Ю.Н. Орлов.)
5. ”Технические методы диагностических исследований и лечебных воздействий” I и II части,
(к.т.н., доцент Карпухин В.А., асс. Кудрин Ю.В.)
6. “Биотелеметрия” I и II части, ( д.т.н., профессор И.Н. Спиридонов, к.т.н., доцент Апполонова
И.А.).
7. “Узлы и элементы медицинской техники” (к.т.н., доцент В.И.Иванцов В.И).
8. ”Медицинские приборы, аппараты и системы” (к.т.н., доцент В.А. Карпухин)
9. ”Лазерная медицинская техника” (к.т.н., доцент Змиевской Г.Н.)
Выделенные жирным шрифтом курсы лекций читаются в весеннем семестре,
остальные – в осеннем семестре.
22