Фізичні методи діагностики у медицині
Спеціальність: Мікро- та наносистемна техніка (освітньо-наукова програма)
Код дисципліни: 7.176.02.E.023
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Напівпровідникова електроніка
Лектор: Бурий О.А.
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Внаслідок вивчення навчальної дисципліни студент повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
1) знати основні базові поняття фізики медичної візуалізації та електронної діагностики;
2) знати фізичні явища та ефекти, на використанні яких базуються сучасні діагностичні методики та прилади;
3) знати можливості і перспективи застосування фізичних ефектів в діагностичних біомедичних приладах;
4) вміти сформулювати основні базові поняття фізики медичної візуалізації та електронної діагностики;
5) вміти пояснити фізичні ефекти, що є основою роботи діагностичних біомедичних приладів;
6) вміти пояснити вибір діагностичної методики для отримання необхідної медичної інформації.
Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування і розвиток у студентів компетентностей:
загальних:
• поглиблені знання в галузі мікро- та наносистемної техніки, необхідні для освоєння професійно-орієнтованих дисциплін;
• здатність до аналізу та синтезу;
• здатність до застосування знань на практиці;
• набуття гнучкого способу мислення, який дає можливість зрозуміти й розв’язати проблеми та задачі, зберігаючи при цьому критичне відношення до усталених наукових концепцій;
• уміння працювати самостійно і в команді, здатність комунікувати з колегами з питань галузі щодо наукових досягнень, як на загальному рівні, так і на рівні спеціалістів;
фахових:
• проведення прогнозованого пошуку нових матеріалів і фізичних явищ, які можна використати для створення матеріалів і компонентів фізичної та біомедичної електроніки;
• розрахунок і проектування структури і пристроїв для електронної техніки на сучасній елементній базі з використанням новітніх матеріалів і технологій їх одержання;
• постановка задач та проведення досліджень у галузі фізики і технології матеріалів та приладів фізичної та біомедичної електроніки.
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі програмні результати навчання:
РН1 1. Р1. Формулювати і розв’язувати складні інженерні, виробничі та/або науковізадачі під час проектування, виготовлення і дослідження мікро- тананосистемної техніки різноманітного призначення та створення конкурентоспроможних розробок, втілення результатів у бізнес-проектах.
РН2. Р4. Застосовувати спеціалізовані концептуальні знання, що включають сучасн інаукові здобутки, а також критичне осмислення сучасних проблем у сфері мікро- та наноелектроніки, для розв’язування складних задач професійної діяльності.
РН3. Р7. Розв’язувати задачі синтезу та аналізу приладів та пристроїв мікро- та наносистемної техніки.
РН4. Р12. Будувати і досліджувати фізичні, математичні і комп’ютерні моделі об’єктів та процесів мікро- та наноелектроніки.
РН5. ФКС1. Проведення прогнозованого пошуку нових матеріалів і фізичних явищ, які можна використати для створення матеріалів і компонентів біомедичних мікро- та наноелектронних систем.
РН6. КС2. Розрахунок і проектування структури і пристроїв для електронної техніки на сучасній елементній базі з використанням новітніх матеріалів і технологій їх одержання.
РН7. АіВ3. ФКС3. Постановка задач та проведення досліджень у галузі фізики і технології матеріалів та біомедичних мікро- та наноелектронних систем.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
фізика;
твердотільна електроніка.
Супутні навчальні дисципліни:
електронна апаратура для медичної діагностики,
сучасні методи досліджень.
Короткий зміст навчальної програми: Програма навчальної дисципліни “Фізичні методи діагностики в медицині” укладена для студентів Інституту телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки, які навчаються за спеціальністю Мікро та наносистемна техніка, спеціалізації Біомедичні мікро- та наноелектронні системи.
Дисципліну присвячено вивченню базових понять та фізичних основ медичної візуалізації та діагностики стану людини, основних засобів та методів медичної діагностики, зокрема, таких як рентгенівський метод дослідження (включно із комп’ютерною томографією), радіоізотопна діагностика, магніто-резонансна томографія, ультразвукове дослідження, термографія, електро- та магнітокардіографія, електро- та магнітоенцефалолграфія.
Опис: Тема 1. Огляд методів медичної діагностики
Методи медичної діагностики, класифікація. Фізичні методи діагностики: механічні, електричні, електромеханічні, ультразвукові, оптичні та оптоелектричні, рентгенівські, методи ядерної медицини, магнітні скануючи методи.
Тема 2. Рентгенівські методи діагностики
Основи рентгенівського методу діагностики. Рентгенівське випромінювання. Взаємодія квантів рентгенівського випромінювання з речовиною. Модель процесу отримання рентгенографічного зображення. Основні фізичні параметри рентгенодіагностичних систем. Контраст, нерізкість, доза, шум. Приймачі рентгенівського зображення. Плівка прямого експонування. Процес формування зображення. Крива Хартера–Дріффілда. Системи „екран–плівка”. Підсилювачі рентгенівського зображення. Ксерорентгенографія. Цифрова рентгенографія. Комп’ютерна рентгенівська томографія (КТ). Історія розвитку рентгенівських томографічних систем. Модель процесу отримання КТ–зображення. Реконструкція зображення за методом згортки та оберненого проектування.
Тема 3. Радіоізотопна діагностика.
Фізичні основи методу радіоізотопної діагностики. Радіоактивний розпад. Радіофармпрепарати та радіонукліди, що застосовуються в радіоізотопній діагностиці. Методи отримання радіонуклідів: нейтронне захоплення, поділ ядра, бомбардування атома зарядженими частинками, використання радіонуклідного генератора (радіонуклідного розпаду). Принципи вибору радіоізотопу для діагностики. Детектори іонізуючого випромінювання (газові, сцинтиляційні, напівпровідникові). Гамма-камера. Апаратура для візуалізації розподілу ізотопів. Емісійна комп’ютерна томографія (ЕКТ). Однофотонна ЕКТ (ОФЕКТ) та позитронна ЕКТ (ПЕТ).
Тема 4. Магніто-резонансний метод діагностики
Явище ядерного магнітного резонансу. Основні співвідношення. Рівняння Лармора. Класичний та квантовомеханічний опис ядерного магнітного резонансу. Рівняння Блоха. Поперечна та поздовжня релаксації. Реконструювання зображення в магнітно-резонансній томографії (МРТ). МРТ – апаратура.
Тема 5. Ультразвукова діагностика
Фізичні основи методу ультразвукової діагностики, генерація, розповсюдження, поглинання та розсіювання ультразвукових хвиль. Розповсюдження хвиль та їх взаємодія із біологічними тканинами. Режими ультразвукового відображення. Апаратура для УЗД.
Тема 6. Термографія
Фізичні основи термографії. Теплове випромінювання. Фотоелектричні приймачі та системи візуалізації, їх основні характеристики. Контактна термографія, фотографування у ІЧ-променях, діафанографія, радіотермометрія, використання терагерцової техніки в медичній діагностиці.
Тема 7. Електро- та магнітокардіографія
Фізичні основи електро- та магнітокардіографії. Потенціал збудження. Загальні особливості електрокардіограми. Системи відведень. Принип роботи СКВІД-магнітометра для вимірювання біомагнітних полів.
Тема 7. Електро- та магнітоенцефалографія
Фізичні основи електро- та магнітоенцефалографії. Ритми мозку. Система розміщення електродів. Режими знімання електроенцефалограми.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль: виконані завдання.
Підсумковий контроль: залік.
Критерії оцінювання результатів навчання: Виконання завдань на практичних заняттях - 40
Залік - 60
Разом за дисципліну – 100
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Література
Базова
1. The Physics of Medical Imaging. Ed. by S Webb. Bristol-Philadelphia: Adam Helger, 1989 – 652 p.
2. E. Blink, Basic MRI Physics. Electron book, 2004 – 76 p.
3. Поліщук В.М. Медична діагностика. // Рівне, В-во “Укр. Ін форм системи”, 1996 – 92 c.
Допоміжна
4. Терещенко М.Ф., Тимчик Г.С., Яковенко І.О. Біофізика. Київ, КПІ ім.. І. Сік орського, 2019 – 444 с.
Методичне забезпечення:
1. Методичні вказівки «Реконструкція зображень в комп’ютерній томографії».
2. Навчально-методичний комплекс дисципліни, розміщений у віртуальному середовищі Національного університету «Львівська політехніка» за адресою https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=2280
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).