Темник исследовательских работ для участников группы «Научные кадры будущего» по научному направлению «Биомедицинская инженерия» Место проведения исследования: кафедра «Биомедицинская техника»

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”.

1. ”Основы взаимодействия физических полей с биообъектами” (4 акад. часа)

(Змиевской Г.Н., кандидат технических наук)

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.

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.

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 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.