ЧАСТЬ I

1. Введение. Методы визуализации изображений.
2. Получение ретгеновского излучения. Механизмы поглощения рентгеновского излучения . Спектры рентгеновского излучения. Принципы Компьютерной рентгеновской томографии. Математические методы решения обратной задачи восстановления изображения.
3. Дозиметрия ионизирующего излучения.
4. Радиоактивный распад и определение периода полураспада. Поглощение гамма излучения. Комптон эффект и образование электронно-позитронных пар.
5. ПЭТ томография. Циклотрон и получение короткоживущих изотопов. Биохимическая автоматическая станция получения меченых соединений. Конструкция ПЭТ томографа. Диагностические возможности ПЭТ томографии.
6. Физика ядерного магнитного резонанса (ЯМР).Уравнения Блоха и Бломбергена, продольная и поперечная ЯМР релаксация. Принципы магнитной резонансной томографии (МРТ). Использование частотного и фазового кодирования и метода преобразования Фурье для получения трехмерного изображения.Диагностические возможности метода МРТ.
7. Физика электронного парамагнитного резонанса(ЭПР).Принципы получения двумерного изображения концентрации в тканях свободно-радикальных молекул, таких как активный кислород и активный азот. Эксперименты по ЭПР томографии на животных.
8. Поглощение и рассеяние света в тканях. Особенности спектров поглощения гемоглобина в окисленной и восстановленной форме и использование аномалии кровоснабжения быстро растущих раковых опухолей для их диагностики.
9. Импульсные лазерные методы оптической томографии. Уравнения диффузии рассеянных фотонов. Использование получаемых временных параметров запаздывающих фотонов для медицинской диагностики.
10. Физика флуоресценции. Поляризационные методы Левшина - Перрена для определения вращательной диффузии молекул. Метод Вебера-Лаковича модуляции лазерного света для получения значений времени затухания флуоресценции. Использование этого метода для получения двумерного изображения. Диагностические возможности метода.

Составитель: д.ф.-м.н. Петрусевич Ю.М.


ЧАСТЬ II - Медицинская акустика

Раздел 1. Основы акустики с медико-биологическими 'иллюстрациями'.

1. Введение.
Акустика как раздел теории волн, охватывающий изучение упругих волн (их генерацию, закономерности распространения, влияние среды на их распространение, прием) в различных материальных средах и, в последнее время, различные эффекты воздействия этих волн на сами материальные среды. Взаимодействие этого раздела физики с медициной и биологией. Характерные значения акустических параметров в общем и применительно к медицине в частности. Диапазонные (в основном, по частоте) и реализуемые по своим характерным эффектам возможности использования акустики (упругих волн) в медицине и биологии. Краткая история, современная ситуация, перспективы. Характеристика и задачи курса.
2. Введение в теорию сплошных сред (модельное представление, элементы реологии, упругие волны в этих средах):
а) краткое представление (на основе примеров) о различных (с реологической точки зрения) средах и их характерных особенностях, в том числе, о биологических средах,
б) основы динамики сплошных сред, балансовые соотношения и соответствующие дифференциальные уравнения (непрерывности, движения, энергетическое), термодинамические уравнения состояния; понятие об определяющих уравнениях, конкретизирующих модель среды по ее реологии,
в) конкрктизация модельных уравнений для гидродинамики с дальнейшей ориентацией на акустику текучих сред, характеристика проявления нелинейности этих уравнений, линеаризация, уравнения линейной акустики текучих сред, сфера применимости в медицинской акустике, основные решения.
Уравнения нелинейной акустики текучих сред, кратко об особенностях решений этих уравнений (в интерпретации волновых профилей и в частотной интерпретации), обусловленность использования в медицинской акустике,
г) конкретизация модели сплошной среды для упругих сред, получение соответствующих уравнений теории упругости, основные отличия от гидродинамики, базовые идеи для метода эластографии,
д) реологические особенности биологических сред, некоторые обобщенные (с реологической точки зрения) модели сплошных сред с ориентацией на реальные биологические среды.
3. Основные закономерности линейной акустики.
Акустические волны, основные характеристики и соотношения между ними на основе решения уравнений линейной акустики в однородной безграничной среде (случай идеальной и диссипативной среды).
Поглощение, рассеяние (кратко) и затухание волн в неидеальных средах. О коэффициенте затухания и его частотной зависимости.
Специфика вышеизложенных характеристик и соотношений применительно к медицине и биологическим средам. Упоминание об УЗ-гипертермии и УЗ-хирургии (более подробно далее, в соответствующем разделе).
4. Законы пересечения акустическими волнами границ между средами с различными характеристиками; отражение, преломление, акустический импеданс и т.п.
Разбор характерных ситуаций для медицинской акустики.
Основные принципы акусто(соно)графии (кратко).
5. Теория излучения акустических волн.
УЗ-излучатели (преобразователи). Теория формирования УЗ-пучков (в т.ч. фокусированных), их особая роль для использования в медицине.
Краткие сведения о фазированных решетках и их использование в медицинских технологиях.
Понятие о радиационном давлении.
Методы приема акустических (УЗ) волн и измерение их основных характеристик.
Возможность визуализации распространения УЗ в прозрачных средах.
6. Эффект Доплера; возможности и общие принципы его использование в медицинской диагностике ( детализация медицинских приложений во II-ой части).
7. Основы нелинейной акустики (в т.ч. акустические ударные волны); теоретическое обоснование использования конкретных нелинейных эффектов и ударных волн в медицине.
8. Акустическая кавитация; биомедицинские факторы и эффекты этого явления; условия неконтролируемого проявления и возможности управляемого использования в биомедицине.

Раздел 2. Методы и технологии использования ультразвука в медицине.

1. Введение. Спектр возможностей использования УЗ в медицине. Сравнительная характеристика использования основных физических технологий в медицине.
Степени (уровни) воздействия УЗ на биоструктуры, механизмы воздействия УЗ на биоткани, возможные результаты и эффекты такого воздействия.
2. Акусто(соно)графия (УЗИ) и более специализированное направление этой технологии - эхокардиография.
3. Доплерография.
4. Эластография.
5. Использование тепловых эффектов УЗ воздействия на биоткани. Гипертермия и высокоинтенсивная УЗ хирургия. Методы гемостазирования.
6. Ударно-волновая литотрипсия.
7. Нетепловые эффекты УЗ воздействия на биообъекты (терпевтические УЗ технологии).
8. Обзор методов и специфики использования УЗ в различных областях медицины (нейрохирургия, урология, кардиология и кардиохирургия, онкология, офтальмология, стоматология и др.).

Составитель: к.ф.-м.н. Маков Ю.Н.