МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Спецпрактикум (информационные технологии в медицине)
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра общей и экспериментальной физики
Направление подготовки03.03.02. Физика
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план03_03_02_Ф-4-2020
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 42
самостоятельная работа 66
Виды контроля по семестрам
зачеты: 8

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 4 (8) Итого
Недель 5,5
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лабораторные 42 42 42 42
Сам. работа 66 66 66 66
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
канд. пед. наук, доцент, Е.А. Шимко;ст. преподаватель, С.С. Глотов

Рецензент(ы):
канд. физ.-мат. наук, доцент, Д.Д. Рудер

Рабочая программа дисциплины
Спецпрактикум (информационные технологии в медицине)

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.02 ФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 07.08.2014г. №937)

составлена на основании учебного плана:
03.03.02 Физика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д-р физ.-мат. наук, профессор Плотников В.А.

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Заведующий кафедрой д-р физ.-мат. наук, профессор Плотников В.А.

1. Цели освоения дисциплины

1.1.формирование у студентов системных знаний о биофизических свойствах и биофизических процессах, протекающих в организме человека, роли физических явлений и процессов в организации биосистем и поддержании процессов жизнедеятельности;
развитие представлений о современных биофизических методах исследования и областях их применения в диагностической и терапевтической медицине;
формирование у студентов материалистического мировоззрения и логического мышления на основе естественно-научного характера изучаемого материала

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.07

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-1: способностью использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин
ПК-2: способностью проводить научные исследования в избранной области экспериментальных и (или) теоретических физических исследований с помощью современной приборной базы (в том числе сложного физического оборудования) и информационных технологий с учетом отечественного и зарубежного опыта
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.Информационные технологии в медицине
3.2.Уметь:
3.2.1.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1.
1.1. Изучение принципа работы и устройства дозиметра DOSE-1 и ионизационных камер Лабораторные 8 10 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
1.2. Изучение принципа работы и устройства дозиметра DOSE-1 и ионизационных камер Сам. работа 8 18 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
1.3. Изучение профилей дозных распределений и их характеристик (практическое ознакомление с относительной и абсолютной дозиметрией) Лабораторные 8 10 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
1.4. Изучение профилей дозных распределений и их характеристик (практическое ознакомление с относительной и абсолютной дозиметрией) Сам. работа 8 16 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
1.5. Измерение фона на рабочих местах с использованием радиометров типа ДКС-96 Лабораторные 8 10 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
1.6. Измерение фона на рабочих местах с использованием радиометров типа ДКС-96 Сам. работа 8 16 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
1.7. Изучение систем планирования лучевой терапии 2D/3D Лабораторные 8 12 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
1.8. Изучение систем планирования лучевой терапии 2D/3D Сам. работа 8 16 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
1. Деформация твердого тела, ее определение. Различие между упругой и пластической деформацией. Основные виды деформации твердых тел. Механическое напряжение.
2. Закон Гука для деформации одноосного растяжения (сжатия).Модуль Юнга. Связь «жесткости сечения» и податливости образца с модулем Юнга.
3. Диаграмма растяжения пластичного материала. Пределы пропорциональности, упругости, текучести, прочности.
4. Связь между относительной продольной и поперечной деформацией. Коэффициент Пуассона. Деформация сдвига, модуль сдвига.
5. Твердость по Бринеллю, Виккерсу и Кнуппу. Системные и внесистемные единицы измерения твѐрдости. Метод Мооса.
6. Ударная вязкость, ее единица измерения в СИ, связь с хрупкостью материала.
7. Теплофизические характеристики стоматологических материалов и тканей зуба (температуры плавления и кипения, удельная теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и
температуропроводности, термические коэффициенты линейного и объемного расширения материалов), их учет в стоматологии.
8. Силы, моменты сил, напряжения и деформации в челюстно-лицевом аппарате человека. Череп как рычаг первого рода. Нижняя челюсть
как рычаг второго рода.
9. «Опрокидывающий момент» при действии на зуб силы, направленной под углом к его вертикальной оси.
10.Изгибающий момент консольного протеза, вид эпюры этой характеристики.
11.Механические свойства кожи.Механические колебания и волны. Акустика
12.Механические волны. Длина волны.
13.Звук, ультразвук, инфразвук. Скорость акустических волн в разных средах (газах, жидкостях, твердых телах).
14.Классификация звуков (тоны ,шумы, звуковые удары).
15.Физические и физиологические характеристики звука. Диаграмма слышимости. Уровни интенсивности и уровни громкости звука, связь между ними, единицы их измерения. Закон Вебера-Фехнера.
16.Отражение и поглощение акустических волн. Звуковой импеданс. Коэффициент отражения и показатель поглощения акустических волн. Ультразвук и его медицинское применение
17.Получение и регистрация ультразвука.
18.Понятие об А- и В- методах ультразвуковой диагностики.
19.Выбор частоты ультразвукового воздействия. Причина использования специальных гелей при ультразвуковой диагностике.
20.Определения скорости кровотока с помощью эффекта Доплера.
21.Достоинства и недостатки ультразвуковой диагностики.Физические основы гидро- и гемодинамики
22.Линейная и объемная скорости течения жидкости, связь между ними, единицы их измерения.
23.Условие неразрывности струи в гемодинамике. Его использование для определения средних линейных скоростей кровотока в разных местах сосудистого русла.
24.Уравнение Бернулли для идеальной жидкости.
25.Течение вязкой жидкости. Формула Ньютона для силы внутреннего трения в жидкости. Вязкость жидкости, единицы ее измерения. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Определения вязкости жидкости с помощью вискозиметра Оствальда.
26.Факторы, которые влияют на вязкость движущейся в организме крови. Вязкость крови в норме и при различных патологиях.
27.Формула Пуазейля. Гидравлическое сопротивление. Формула Гагена-Пуазейля. Распределение кровяного давления в сосудистой системе.
28.Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкости. Число Рейнольдса.
29.Пульсовая волна и ее скорость.
30.Работа и мощность сердца.Элементы физики поверхностных явлений. Адгезия, ее роль в стоматологии
31.Поверхностное натяжение в жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения. Явление смачивания. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа. Капиллярные
явления.
32.Требование к адгезиву, предъявляемые стоматологической практикой.
33.Использование адгезивов в восстановительной стоматологии.
34.Газовая эмболия,условия ее возникновения.Физические процессы в биологических мембранах
35.Пассивный транспорт веществ через биологические мембраны, его виды. Математическое описание пассивного транспорта.
36.Механизм активного транспорта на примере натрий-калиевого насоса.
37.Мембранные потенциалы покоя./Основные ионы, определяющие потенциал покоя мембраны. Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца.
38.Генерация потенциала действия и ее характеристики.
39.Распространение потенциала действия по безмиелиновому нервному волокну. Электрические и магнитные явления в организме. Воздействие электрических токов и полей на организм.
40.Физические основы электрокардиографии. Теория Эйнтховена. Стандартные отведения, Закон Эйнтховена. Вид ЭКГ. Процессы в миокарде, которым соответствуют зубцам ЭКГ. Электромиография, ее применение в стоматологии.
41.Электростимуляция. Параметры импульсных сигналов прямоугольной и произвольной формы, которые применяются при электростимуляции. Законы Дюбуа-Реймона и Вейса-Лапика. Понятие о хронаксиметрии.
42.Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации. Рассмотрение ее на примере получения ЭКГ с помощью электрокардиографа.
43.Датчики медико-биологической информации. Параметрические и генераторные датчики температуры: датчики на основе металлов и полупроводников, термопара.
44.Импеданс живой ткани. Зависимость импеданса от частоты проходящего через ткань переменного тока. Эквивалентная электрическая схема живой ткани. Оценка жизнестойкости ткани. Реография (импедансная плетизмография) как диагностический метод в стоматологии.
45.Основные методы прогрева тканей высокочастотными токами, магнитными и электрическими полями: диатермия, индуктотермия, УВЧ-терапия. Назначение терапевтического контура в аппарате УВЧ
46.Микроволновая терапия (СМВ- и ДЦВ-терапия).Электромагнитные волны. Взаимодействие света с веществом
47.Естественный и поляризованный свет. Плоскость поляризации. Методы получения линейно-поляризованного света: поляризация при отражении от диэлектрика, поляризация при двойном лучепреломлении в кристаллах, явление дихроизма поглощения.Закон Малюса.
48.Явление оптической активности, методика определения концентрации оптически активного вещества с помощью поляриметра.
49.Поглощение света. Законы Бугера и Бугера-Ламберта-Бера. Показатель поглощения, коэффициент пропускания, оптическая плотность.
50.Диапазон длин волн, соответствующий «терапевтическому окну» для кожи.
51.Закон Релея для интенсивности рассеянного света.
52.Явление полного внутреннего отражения, его использование в волоконной оптике.
53.Ход лучей в оптическом микроскопе, увеличение микроскопа, предел его разрешения.Тепловое излучение
54.Тепловое излучение тел. Характеристики теплового излучения (поток излучения, энергетическая светимость, спектральная плотность энергетической светимости, спектр теплового излучения, монохроматический коэффициент поглощения). Абсолютно черное тело.
55.Законы теплового излучения (Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина).
56.Диагностические возможности термографии.Люминесценция. Лазеры , их применение в медицине.
57.Люминесценция, ее классификация, характеристики. Законы Стокса и Вавилова для люминесценции. Применение люминесцентного анализа в медицине, в частности в стоматологии.
58.Вынужденное излучение. Принципиальное устройство лазера. Свойства лазерного излучения. Лазерная терапия и хирургия в стоматологии.Рентгеновское излучение
59.Рентгеновское излучение. Возникновение тормозного рентгеновского излучения, его спектр и коротковолновая граница. Регулировка жесткости и мощности рентгеновского излучения.
60.Процессы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом.
61.Закон ослабления потока рентгеновского излучения веществом. Линейный показатель ослабления. Слой половинного ослабления. Защита от рентгеновского излучения.
62. Физические принципы рентгенодиагностики тканей. Виды рентгенодиагностики. Визиографы в современной стоматологии
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Не предусмотрены
5.3. Фонд оценочных средств
домашние задания, выполнение которых контролируется и при необходимости обсуждается во время лабораторных занятий, для выявления знаний по основным элементам разделов теории
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 А.Н. Ремизов Медицинская и биологическая физика: учебник ГЭОТАР-Медиа, 2016 http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970435779.html
Л1.2 Л.В. Илясов Физические основы и технические средства медицинской визуализации [Электронный ресурс]: учебное пособие Лань, 2017 https://lanbook.com/catalog/inzhenerno-tekhnicheskie-nauki/fizicheskie-osnovy-i-tehnicheskie-sredstva-medicinskoj-vizualizacii-72937558/
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 [Е. А. Шимко и др.] Физические основы медицинской диагностики: лаб. практикум : учеб. пособие Изд-во АлтГУ, 2014 http://elibrary.asu.ru/handle/asu/1019
Л2.2 В.С. Сизиков. Прямые и обратные задачи восстановления изображений, спектроскопии и томографии с MatLab [Электронный ресурс]: учебное пособие Санкт-Петербург : Лань, 2017 https://e.lanbook.com/book/99358#book_name
Л2.3 Федотов А.А., Акулов С.А., Калакутский Л.И. Основы импульсной импедансометрии биологических тканей [Электроный ресурс]: учебное пособие мара: Самарский государственный аэрокосмический университет, 2011 https://www.twirpx.com/file/1699588/; https://ssau.ru/files/education/uch_posob/Основы%20импульсной-Калакутский%20ЛИ.pdf
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
6.3. Перечень программного обеспечения
MS Office:
Word,
Excel,
PowerPoint.
современный браузер (Mozilla Firefox, Opera, Chrome и др.),
программа для просмотра pdf-документов (Adobe Acrobat Reader, Foxit Reader и др.).
Microsoft Windows
7-Zip
6.4. Перечень информационных справочных систем
www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека.
www.nlr.ru/ Российская национальная библиотека.
www.nns.ru/ Национальная электронная библиотека.
www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека.
www.microinform.ru/ Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ».
www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана.
www.intuit.ru/ Образовательный сайт
www.window.edu.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
www.osp.ru/ Журнал «Открытые системы»
www.ihtika.lib.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
news.rea.ru/portal/Departments.nsf/(Index)/Lib Библиотека Российской экономической академии им. Плеханова.

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
214К лаборатория медицинской физики - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 10 посадочных мест; доска маркерная 1 шт.; учебные наглядные пособия; анализатор биохимический CardioChek PA портативный; велоэргометр DH-8918 P; высоковольтный стабилизированный выпрямитель ТВ-2; датчик давления газа Gas Pressure Sensor GPS-BTA; датчик концентрации нитрат-ионов NO3-BTA Nitrate Ion-Selektive Elektrode; датчик содержания CO2/CO2 Gas sensor/CO2-BTA; датчик частоты дыхательных движений Respiration Monitor Belt /RMB-BTA; интерактивная доска Legamaster e-Board Touch 77 c проектором Epson EB-470; ионизатор воздуха – 2 ед.; колориметр датчик оптической плотности COL-BTA Colorimeter; комплекс магнитокоррекции Мультимаг; компьютер Celeron 2533MHz/ 17" LCD Samsung 740N; компьютер НЭТА /LCD 19" Samsung 943B (2,93Ghz/2*1024Mb/500Gb/DVD-RW/KM); лазер ЛГИ-201; лазер ЛГН-703; люксметр LS-BTA датчик освещенности Light Sensor; моноблок RAMEC Gale Custom G1610/ H61M-DG3/4 Гб ОЗУ/500 Гб НЖМД – 2 ед.; персональный компьютер с LCD монитором 19"; пневмотахометр Эльф-5-02; принтер лазерный Hewlett-Packard P1102w; пульсометр датчик частоты сердечных сокращений Exercise Heart Rate Monitor EHR-B; самописец "Эндим"; система сбора данных AFS в комплекте с кабелем – 2 ед.; скамья оптическая; спектрофотометр Vernier SpectroVis Plus SVIS-RL+ световод SVIS-FIBER; спироанализатор СПМ-01 "РД"; спирометр SPR-BTA датчик жизненной емкости легких Spirometer; тонометр BPS-BTA датчик артериального давления Blood Pressure Sensor; устройство для измерения и обработки данных УИОД LabQuest в комплекте – 3 ед.; ФМБ - 9К Установка учебная " Изучение принципов работы электроэнцефалографа"; ФМБ-8 Установка учебная лабораторная "Измерение импеданса. Определение импеданса
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Основной целью при изучении дисциплины является стремление показать области применения и формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по использованию законов кристаллографии для широкого спектра задач в различных областях.
Для эффективного изучения теоретической части дисциплины Кристаллографии необходимо:
- построить работу по освоению дисциплины в порядке, отвечающим изучению основных этапов, согласно приведенным темам лекционного материала;
- систематически проверять свои знания по контрольным вопросам и заданиям;
- усвоить содержание ключевых понятий;
- плотно работать с основной и дополнительной литературой по соответствующим темам.
Для эффективного изучения практической части дисциплины «Кристаллографии» рекомендуется:
- систематически выполнять подготовку к практическим занятиям по предложенным преподавателем тема и методическим указаниям ;
- своевременно выполнять практические задания.
- своевременно и систематически защищать результаты своих исследований.
В течение семестра студенты выполняют:
- домашние задания (Case-study - анализ конкретных ситуаций, ситуационный анализ), выполнение которых контролируется и обсуждается (групповое обсуждение)на практических занятиях или перед выполнением лабораторных работ (сократический диалог - подразумевающий постановку особых вопросов в процессе беседы, которые способствуют работе мышления, концентрации внимания, адекватной оценке текущей дискуссии и своей в ней роли);
- промежуточные задания, во время практических занятий(в форме дискуссий, дебатов)для выявления знаний по основным элементам новых разделов теории;
- обсуждают задания практических работ методом "Займи позицию", помогающем выяснить, какой спектр мнений может существовать по обсуждаемому вопросу и предоставляет возможность высказаться каждому, продемонстрировать различные мнения, а затем обосновать свою позицию, найти и выразить самые убедительные аргументы, сравнить их с аргументами других.