Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто

  • 30% recurring commission
  • Выплаты в USDT
  • Вывод каждую неделю
  • Комиссия до 5 лет за каждого referral

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Саратовский государственный университет имени

Физический факультет

УТВЕРЖДАЮ

Проректор СГУ по

учебно-методической работе

профессор

_______________

"__" __________________2011 г.

Рабочая программа дисциплины

СПЕЦИАЛЬНЫЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ

Направление подготовки

011200 Физика

Профили подготовки

Биофизика

Медицинская фотоника

Квалификация (степень) выпускника

Магистр

Форма обучения

очная

Саратов, 2011

1. Цели освоения дисциплины

Цели освоения дисциплины «Специальный физический практикум» состоят в обеспечении студентов предметными знаниями, умениями и навыками в области математических и естественно-научных сфер знаний, связанных с физикой живых систем, в выработке практических навыков решения физических задач в области биофизики и медицинской фотоники и ее практических применений, в обучении студентов современным методам исследования как отдельных биотканей, так и живого организма в целом, в получении высшего профессионально профилированного образования в области физики, позволяющего выпускнику успешно работать в избранной сфере деятельности в РФ и за рубежом, обладать универсальными и предметно специализированными компетенциями, способствующими его социальной мобильности, востребованности на рынке труда и успешной профессиональной карьере.

2. Место дисциплины в структуре ООП магистратуры

Дисциплина «Специальный физический практикум» относится к базовой части общенаучного цикла (М.1) и является неотъемлемой и исключительно важной частью учебной программы подготовки магистров по направлению «Физика» в рамках профилей «Биофизика» и «Медицинская фотоника».

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Дисциплина «Специальный физический практикум» состоит из трех разделов, реализуемых в 1, 2 и 3 семестрах учебного плана, соответственно. Первый раздел охватывает оптические когерентные методы измерений и призван формировать знания в области теории и практики когерентных оптических систем контроля и диагностики в биологии и медицине. Во втором разделе представлены практические работы по спектрофотометрическим и спектроскопическим методам исследования биологических объектов, а также спекл-корреляционные методы исследования структуры и динамики биологических объектов. В третьем разделе представлены лабораторные работы по мониторингу физиологических ритмов путем регистрации сигналов спонтанной электрической активности организма.

При выполнении практических лабораторных работ в специальном практикуме студенты должны иметь теоретическую подготовку по следующим разделам и темам общего курса физики: механика, электричество и магнетизм, колебания и волны, физика атома и атомных явлений, а также математики: теория вероятности и теория случайных процессов. Студенты должны иметь навыки самостоятельной работы с учебными пособиями и монографической учебной литературой, уметь решать физические задачи, требующие применения дифференциального и интегрального математического аппарата, уметь производить приближенные преобразования аналитических выражений, навыки работы на компьютере с математическими пакетами программ (например, MathCad), графическим (например, Microcal Origin) и текстовым (например, MS Word) редакторами, умение использовать численные методы решения физических задач, должны иметь навыки работы на физических экспериментальных установках и с медицинским оборудованием функциональной диагностики, уметь оформлять результаты экспериментов с использованием графического материала и с оценкой погрешностей измерений.

При выполнении лабораторных работ в специальном практикуме и освоении соответствующего этим работам теоретического материала студенты должны иметь теоретическую подготовку в объемах и рамках, определенных в учебно-методических руководствах, разработанных и изданных к каждой лабораторной работе практикума.

Знания, полученные при освоении дисциплины «Специальный физический практикум», необходимы при освоении большинства дисциплин Профессиональных циклов профилей «Биофизика» и «Медицинская фотоника», а также при подготовке квалификационных работ итоговой аттестации.

3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Специальный физический практикум»

В результате освоения дисциплины «Специальный физический практикум» должны формироваться в определенной части следующие компетенции:

общекультурные:

- способностью демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук (ОК-1);

- способностью самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять своё научное мировоззрение (ОК-З);

- способностью порождать новые идеи (креативность) (ОК-5);

-способностью совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень, добиваться нравственного и физического совершенствования своей личности (ОК-6);

- способностью адаптироваться к изменению научного и научно - производственного профиля своей профессиональной деятельности, к изменению социокультурных и социальных условий деятельности (ОК-7);

-способностью к коммуникации в научной, производственной и социально-общественной сферах деятельности, свободное владение русским и иностранным языками как средством делового общения (ОК-8);

- способностью использовать базовые знания и навыки управления информацией для решения исследовательских профессиональных задач, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-1О).

общепрофессиональные:

- способностью самостоятельно ставить конкретные задачи научных исследований в области физики (в соответствии с профилем магистерской программы) и решать их с помощью современной аппаратуры, оборудования, информационных технологий с использованием новейшего отечественного и зарубежного опыта (ПК-З).

В результате изучения дисциплины «Специальный физический практикум» студенты должны приобрести следующие знания, умения и навыки, применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности.

Знания:

-  основные физические явления, происходящие при распространении света в биотканях, и их применение в важнейших практических приложениях;

-  основные закономерности формирования физиологических ритмов и их роль в функционировании живого организма;

-  назначение и принципы действия важнейших физических приборов;

-  назначение и принцип действия основных приборов функциональной диагностики электрической активности организма.

Умения:

-  объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий;

-  указать, какие законы описывают данное явление или эффект;

-  истолковывать смысл физических величин и понятий;

-  работать с приборами и оборудованием современной физической лаборатории;

-  использовать различные методики физических измерений и обработки экспериментальных данных, в том числе — применительно к задачам функциональной диагностики организма;

-  использовать методы адекватного физического и математического моделирования, а также применять методы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем.

Навыки:

-  использования основных общефизических законов и принципов в важнейших практических приложениях;

-  применения основных методов физико-математического анализа для решения естественнонаучных задач;

-  правильной эксплуатации основных приборов и оборудования современной физической лаборатории;

-  правильной эксплуатации основных приборов биомедицинской функциональной диагностики;

-  обработки и интерпретирования результатов эксперимента;

-  использования методов физического моделирования в инженерной практике.

4. Структура и содержание дисциплины «Специальный физический практикум»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 9 зачетных единиц, 288 часов.

В 1 семестре — 72 часа лабораторных работ и 36 часов на самостоятельную работу; во 2 семестре — 64 часа лабораторных работ и 44 часа на самостоятельную работу; в 3 семестре — 48 часов лабораторных работ и 24 часа на самостоятельную работу.

4.1. Структура дисциплины

№

п/п

Раздел дисциплины

Семестр

Неделя семестра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)

Формы промежуточной аттестации (по семестрам)

Лек-ции

Практзаня-тия

Лабораторные раб.

Самост. раб.

Раздел 1. Оптические когерентные методы измерений

1

Интерференционные измерения в когерентном свете лазерных источников:

1

1-6

24

12

Лазерный интерферометр Майкельсона. Лазерный интерферометр для измерения параметров вибраций.

1

1-2

8

4

УО-1

Лазерный интерферометр для измерения толщины прозрачных покрытий. Лазерный призменный интерферометр для определения микрорельефа зеркальных поверхностей.

1

3-4

8

4

УО-1

Лазерный интерферометр Маха-Цендера. Лазерный интерференционный ретинометр

1

5-6

8

4

УО-1

2

Интерференционные измерения в частично когерентном свете протяженных широкополосных источников

1

7-12

24

12

Интерферометр Майкельсона с протяженным источником белого света. Сканирующий интерферометр Майкельсона с широкополосным источником света.

1

7-8

8

4

УО-1

Интерференционный микроскоп с источником белого света..

1

9-10

8

4

УО-1

Сканирующий интерференционный микроскоп с широкополосным источником света.

1

11-12

8

4

УО-1

3

Голографические интерференционные измерения

1

13-18

24

12

Измерение микросмещений рассеивающих объектов методом цифровой спекл-фотографии. Измерение деформаций объектов методом аналоговой голографической интерферометрии.

1

13-14

8

4

УО-1

Измерение деформаций объектов методом цифровой голографической интерферометрии.

1

15-16

8

4

УО-1

Цифровая фазовая голографическая микроскопия биологических объектов.

1

17-18

8

4

УО-1

Итого по разделу:

72

36

зачет

Раздел 2. Спектральные и спекл-корреляционные методы исследования биосред

1

Спектрофотометрия биологических объектов

2

1-16

20

15

УО-1

2

In vivo флуоресцентная и отражательная спектроскопия кожи человека

2

с 1 по 8

22

14

УО-1

3

Спекл-корреляционные методы исследования структуры и динамики биологических объектов

2

с 8 по 16

22

14

УО-1

Итого по разделу:

64

44

Зачет

Раздел 3. Мониторинг физиологических ритмов

1

Лабораторная работа № 1.Эксперименталь-ная регистрация и исследование синхронизации физиологических ритмов.

3

1,2,3

12

6

УО-1

2

Лабораторная работа № 2. Исследование потенциала действия нерва и скорости проведения возбуждения по сенсорным волокнам методом

3

4,5,6

12

6

УО-1

3

Лабораторная работа № 3. Исследование вариабельности кардиоритма и сосудистого тонуса.

3

7,8,9

12

6

УО-1

4

Лабораторная работа №4. Разработка и изготовление усили-теля биосигналов.

3

10,11,

12

12

6

УО-1

Итого по разделу:

48

24

Зачет

Итого по дисциплине:

184

104

1 — зачет,

2 — зачет,

3 — экзамен

4.2. Содержание дисциплины

Раздел 1. Оптические когерентные методы измерений

1. Интерференционные измерения в когерентном свете лазерных источников:

Лазерный интерферометр Майкельсона.

Лазерный интерферометр для измерения параметров вибраций.

Лазерный интерферометр для измерения толщины прозрачных покрытий.

Лазерный призменный интерферометр для определения микрорельефа зеркальных поверхностей.

Лазерный интерферометр Маха-Цендера.

Лазерный интерференционный ретинометр.

2. Интерференционные измерения в частично когерентном свете протяженных широкополосных источников:

Интерферометр Майкельсона с протяженным источником белого света.

Сканирующий интерферометр Майкельсона с широкополосным источником света.

Интерференционный микроскоп с источником белого света.

Сканирующий интерференционный микроскоп с широкополосным источником света.

3. Голографические интерференционные измерения:

Измерение микросмещений рассеивающих объектов методом аналоговой спекл-фотографии.

Измерение микросмещений рассеивающих объектов методом цифровой спекл-фотографии.

Измерение деформаций объектов методом аналоговой голографической интерферометрии.

Измерение деформаций объектов методом цифровой голографической интерферометрии.

Цифровая фазовая голографическая микроскопия биологических объектов.

Раздел 2. Спектральные, спекл-корреляционные методы исследования биосред

Перечень лабораторных работ

1

Спектрофотометрия биологических объектов.

1

Лабораторная работа № 1. Изучение характеристик и принципов работы спектрофотометра CARY2415.

2

Лабораторная работа № 2. Измерение спектров пропускания биологических объектов.

3

Лабораторная работа № 3. Применение интегрирующей сферы для измерения спектров диффузного пропускания и отражения биологических объектов.

4

Лабораторная работа № 4. Выделение спектральных полос методом производных спектров.

5

Лабораторная работа № 5. Кинетика спектров поглощения и отражения биологических объектов.

6

Лабораторная работа № 6. Измерение концентрации лекарственных препаратов.

2

In vivo флуоресцентная и отражательная спектроскопия кожи человека.

1

Лабораторная работа №1. Компьютеризированный спектральный комплекс на базе монохроматора МДР-23.

2

Лабораторная работа №2. Универсальный миниатюрный волоконно-оптический спектрометр ЛЭСА-6мед.

3

Лабораторная работа №3. Исследование влияния содержания крови и меланина в коже человека на спектр ее диффузного отражения.

4

Лабораторная работа №4. Эритема-меланинометр‑ прибор для определения индексов эритемы и меланина кожи человека.

5

Лабораторная работа №5. Определение степени оксигенации гемоглобина крови по спектрам диффузного отражения кожи человека.

6

Лабораторная работа №6. Исследование влияния содержания крови и меланина в коже человека на спектр ее автофлуоресценции.

7

Лабораторная работа №7. Цветовое восприятие отраженного кожей белого света и автофлуоресценции кожи.

8

Лабораторная работа №8. Исследование эффективности фотозащитных композиций комбинированным методом флуоресцентной и отражательной спектроскопии.

9

Лабораторная работа №9. Цветовой анализ видеоизображения кожи.

10

Лабораторная работа №10. In vivo поляризационная отражательная спектроскопия кожи человека.

11

Лабораторная работа №11. Поляризационная визуализация кожи человека.

3

Спекл-коррелометрическая диагностика рассеивающих сред

1

Лабораторная работа № 1. Статистические свойства спекл-полей в ближней и дальней зонах дифракции

2

Лабораторная работа № 2. Определение коэффициента диффузии частиц в суспензиях методом спекл-коррелометрии полного поля

3

Лабораторная работа № 3. Определение транспортного коэффициента рассеяния случайно-неоднородных сред на основе эффекта когерентного обратного рассеяния

Раздел 3. Мониторинг физиологических ритмов

Перечень лабораторных работ

1

Лабораторная работа № 1. Экспериментальная регистрация и исследование синхронизации физиологических ритмов.

2

Лабораторная работа № 2. Исследование потенциала действия нерва и скорости проведения возбуждения по сенсорным волокнам методом стимуляционной электронейромиографии (ЭМГ).

3

Лабораторная работа № 3. Исследование вариабельности кардиоритма и сосудистого тонуса.

4

Лабораторная работа №4. Разработка и изготовление усилителя биосигналов.

5. Образовательные технологии

При реализации дисциплины «Специальный физический практикум» используются следующие виды учебных занятий: лабораторные работы, консультации, собеседование, самостоятельные работы.

В рамках лабораторных занятий предусмотрены активные формы проведения занятий: детальный разбор физических основ лабораторных работ, принципа действия лабораторного оборудования, выполнение контрольных заданий по всем разделам и лабораторным работам.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

6.1. Виды самостоятельной работы студента:

- изучение теоретического материала по рекомендованным учебным пособиям, монографической учебной литературе;

- самостоятельное изучение некоторых теоретических вопросов, выделенных в программе дисциплины;

- проведение эксперимента;

- математическая обработка полученных экспериментальных данных.

6.2. Порядок выполнения и контроля самостоятельной работы студентов:

- самостоятельное изучение вопросов, связанных с выполнением практической работы и обработкой результатов эксперимента; контроль выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен в рамках промежуточного контроля по данной дисциплине;

- выполнение и письменное оформление комплекса заданий экспериментального характера, расчетных и графических по основным разделам дисциплины предусмотрено еженедельно по мере выполнения этих заданий; предусматривается письменное выполнение этой работы с текстовым, включая формулы, и графическим оформлением; контроль выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен при завершении изучения задания по представленному в печатном виде отчету.

6.3. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля:

6.3.1. Раздел 1. Оптические когерентные методы измерений

1.  Запишите уравнение для интенсивности света в интерференционной картине, образующейся при сложении двух волн с интенсивностями и , в зависимости от разности фаз этих волн.

2.  Запишите выражение для разности фаз и разности хода волн в интерферометре, при которых формируются максимумы и минимумы интерференции этих волн.

3.  Нарисуйте оптическую схему интерферометра Майкельсона с точечным источником.

4.  На какое расстояние необходимо сместить зеркало интерферометра Майкельсона, чтобы на выходе интерферометра на его оптической оси светлая полоса заместилась темной полосой (интенсивность света изменилась от максимального до минимального значения)?

5.  Запишите выражение для разности фаз на выходе интерферометра Майкельсона в плоскости, перпендикулярной оптической оси, в зависимости от положения источника и расстояний от делителя до зеркал интерферометра.

6.  Получите формулу для периода интерференционных полос, наблюдаемых на выходе интерферометра Майкельсона, при наклоне одного зеркала на угол и одинаковом расстоянии между делителем и зеркалами.

7.  Какие изменения претерпевает картина кольцевых интерференционных полос на выходе интерферометра Майкельсона, когда одно зеркало интерферометра смещается, и разность хода волн увеличивается или уменьшается?

8.  Определите частоту колебаний интенсивности света в интерференционной картине при перемещении зеркала интерферометра Майкельсона со скоростью вдоль оптической оси.

9.  Как устроен лазерный призменный интерферометр?

10.  Какого типа интерференционные полосы (равной толщины или равного наклона) формируются в призменном интерферометре?

11.  Записать выражение для распределения интенсивности света I в интерференционной картине в зависимости от разности фаз Dj и пояснить, как с ее помощью можно определить форму контролируемой поверхности.

12.  Получить выражения для разности хода лучей в интерферометре и “цены” одной интерференционной полосы.

13.  Как с помощью данного интерферометра можно определить величину и знак прогиба полированных пластин?

14.  Почему попадание пылинок между поверхностями призмы и исследуемой пластины может привести к исчезновению наблюдаемых интерференционных полос?

15.  Какие требования к временной и пространственной когерентности лазерного излучения должны выполниться в данном интерферометре?

16.  Нарисуйте схему микроскопа с опак-иллюминатором и системой освещения объекта по Келеру.

17.  Объясните принцип работы интерференционного микроскопа и нарисуйте оптическую схема микроинтерферометра Линника?

18.  Объясните причину формирования в микроинтерферометре интерференционной картины в полосах конечной ширины? От чего зависят период и наклон интерференционных полос? Возможно ли в интерферометре Линника получить полосы бесконечной ширины?

19.  Какие существуют способы получения интерференционных полос конечной ширины в микроинтерферометре? В чем их отличие?

20.  Записать выражение для распределения интенсивности в интерференционной картине, наблюдаемой на выходе микроинтерферометра, без учета освещенности микроскопического изображения?

21.  Чем отличаются режим наблюдения интерференционной картины в квазимонохроматическом и белом свете? В каких случаях следует применять тот или иной вариант освещения?

22.  Дать определение методу оптической голографии.

23.  В чем состоит принципиальное отличие методов аналоговой и цифровой голографии?

24.  Нарисовать схему записи цифровой голограммы и проанализировать алгоритм восстановления цифрового изображения с голограммы.

25.  Определить необходимую разрешающую способность ПЗС-матрицы для записи цифровой голограммы при заданных значениях длины волны лазерного излучения, размеров объекта и угла падения опорного пучка на голограмму.

26.  Записать уравнение для комплексной амплитуды оптического поля в плоскости ПЗС-матрицы при записи фурье-голограммы, используя двумерное преобразование Фурье комплексной амплитуды поля в плоскости объекта при расположении точечного опорного источника в той же плоскости .

27.  Какими параметрами схемы записи и ПЗС-матрицы ограничивается пространственное разрешение изображения, восстановленного с цифровой фурье-голограммы?

28.  При условии, что на этапе записи фурье-голограммы точно выполняется преобразование Фурье в оптическом тракте, записать выражение для комплексной амплитуды и интенсивности численного изображения, восстановленного с фурье-голограммы.

29.  Дать определение методу оптической голографической интерферометрии.

30.  В чем состоит принципиальное отличие методов аналоговой и цифровой голографической интерферометрии?

31.  Нарисовать схему записи цифровых фурье-голограмм и проанализировать алгоритмы восстановления цифровых изображений-интерферограмм.

32.  Каким образом спекл-эффект влияет на параметры разрешения восстановленного изображения-интерферограммы?

33.  Какими параметрами схемы записи и ПЗС-матрицы ограничивается пространственное разрешение изображения, восстановленного с цифровой фурье-голограммы?

34.  Записать уравнение для разности фаз объектных полей, соответствующих различным пространственным положениям поверхности объекта.

35.  Записать уравнение для расчета величины смещения точек поверхности по параметрам голографического изображения-интерферограммы.

6.3.2. Раздел 2. Спектральные, спекл-корреляционные методы исследования биосред, мониторинг физиологических ритмов

Изучение характеристик и принципов работы спектрофотометра CARY2415.

1.  Для каких целей используется двухлучевая схема спектрофотометра?

2.  В чем заключается сущность спектрофотометрии?

3.  Приведите формулы пересчета спектральной плотности в пропускание и наоборот?

4.  Для чего нужна компьютеризация измерений?

5.  Почему нельзя все измерения проводить с одной лампой или фотоприемником?

6.  Какую роль в данном спектрофотометре выполняет управляющая станция?

7.  Как и с какой целью можно изменять режимы регистрации спектров?

8.  Какие функции выполняют приставки к спектрофотометру?

Измерение спектров пропускания биологических объектов.

1.  В чем заключается основная особенность определения характеристик биологических объектов?

2.  Для каких типов объектов измерения можно проводить без использования интегрирующей сферы?

3.  Какие данные о веществе можно получить при помощи регистрации спектров пропускания образца?

4.  Каким образом получают истинную форму регистрируемого света?

5.  С какими процессами связаны временные изменения спектров пропускания биологических объектов?

Применение интегрирующей сферы для измерения спектров диффузного пропускания и отражения биологических объектов

1.  Для чего применяется интегрирующая сфера?

2.  Почему, как правило, необходимо измерение как спектров пропускания, так и отражения?

3.  Как можно интерпретировать спектры отражения непрозрачных объектов?

4.  Как может влиять отражение излучения на стенках кюветы на спектры диффузного пропускания или отражения?

5.  Можно ли, без дополнительного контроля параметров образца, считать полученные спектры достоверными?

Выделение спектральных полос методом производных спектров

1.  Для чего используется дифференцирование спектров?

2.  Как определяется положение максимума полосы в первой производной спектра? Второй?

3.  Возможно ли устранение влияния рассеяния на положение спектральных полос при помощи производных? Объясните ответ.

4.  Какие сложности возникают при использовании метода производных?

Кинетика спектров поглощения и отражения биологических объектов

1.  Для чего нужны кинетические измерения изменений в спектрах?

2.  Как соотносятся точность измерений и скорость сканирования спектров?

3.  С какой скоростью протекают различные процессы в биологических объектах?

4.  Как определить скорость химической реакции при помощи кинетических измерений?

5.  Нужны ли кинетические измерения при исследовании изменений характеристик образца под действием температуры?

Измерение концентрации лекарственных препаратов

1.  Что такое внутренний и внешний эталон плотности?

2.  Как связаны точность определения количества вещества и спектральные измерения?

3.  Можно ли определять концентрацию лекарственных веществ в твердых препаратах?

4.  Почему внешний эталон, как правило, предпочтительнее?

5.  Почему количество лекарственного вешества в препарате всегда ниже, чем вес препарата?

Компьютеризированный спектральный комплекс на базе монохроматора МДР-23.

1.  Устройство и характеристики компьютеризированного спектрального комплекса.

2.  Программное обеспечение спектрального комплекса.

3.  Волоконно-оптический датчик: особенности разработки.

4.  Измерение спектров диффузного отражения.

5.  Измерение спектров флуоресценции.

Универсальный миниатюрный волоконно-оптический спектрометр ЛЭСА-6мед.

1.  Устройство и характеристики спектрометра.

2.  Программное обеспечение спектрометра.

3.  Режимы измерения спектров.

4.  Калибровка спектров.

5.  Измерение временной динамики спектров.

Исследование влияния содержания крови и меланина в коже человека на спектр ее диффузного отражения.

1.  Формирование спектра диффузного отражения кожи человека.

2.  Влияние крови и пигмента меланина на спектр диффузного отражения кожи.

3.  Эффективная оптическая плотность рассеивающей среды.

4.  Понятие индексов пигментации. Индекс эритемы и индекс меланина.

5.  Методики определения индексов эритемы и меланина.

Эритема-меланинометр‑ прибор для определения индексов эритемы и меланина кожи человека.

1.  Трехволновая методика определения индексов эритемы и меланина.

2.  Принцип действия и конструкция прибора.

3.  Методика определения биодозы УФ излучения.

Определение степени оксигенации гемоглобина крови по спектрам диффузного отражения кожи человека.

1.  Влияние оксигенации гемоглобина крови на спектр диффузного отражения кожи человека.

2.  Степень оксигенации гемоглобина крови.

3.  Методики определения степени оксигенации гемоглобина по спектрам диффузного отражения кожи в видимом диапазоне спектра.

Исследование влияния содержания крови и меланина в коже человека на спектр ее автофлуоресценции.

1.  Формирование спектра УФ-возбужденной автофлуоресценции кожи.

2.  Основные принципы получения данных о поглощающих свойствах кожи из спектров ее автофлуоресценции.

3.  Флуоресцентные методики оценки содержания крови и меланина в коже человека.

Цветовое восприятие отраженного кожей белого света и автофлуоресценции кожи.

1.  Понятие цвета. Цветовые ощущения и цвет излучения.

2.  Законы аддитивного смешения цветов.

3.  Элементы теории цвета: цветовое пространство, цветовые координаты, цветовой треугольник, спектральный локус, диаграмма цветности, удельные координаты цвета.

4.  Колориметрические системы RGB, XYZ.

5.  Равноконтрастная колориметрическая система L*a*b*. Основной тон, насыщенность и яркость цвета.

6.  Методика расчета цвета излучения по его спектру.

7.  Методика расчета цвета отраженного кожей белого света.

8.  Методика расчета цвета автофлуоресценции кожи.

9.  Ретинальная теория психологического восприятия цвета.

Исследование эффективности фотозащитных композиций комбинированным методом флуоресцентной и отражательной спектроскопии.

1.  Для чего нужны фотозащитные композиции?

2.  Что такое солнцезащитный фактор?

3.  Флуоресцентная методика определения свойств фотозащитных препаратов.

Цветовой анализ видеоизображения кожи.

1.  Что дает RGB-анализ цветного изображения биоткани.

2.  Определение площади патологического участка кожной поверхности.

3.  Принципы получения изображения биоткани в диагностических параметрах.

4.  2D - распределение индекса эритемы.

5.  2D - распределение индекса меланина.

In vivo поляризационная отражательная спектроскопия кожи человека.

1.  Особенности формирования поляризационных характеристик обратно рассеянного света.

2.  Формирование спектрального состава степени остаточной поляризации и разностного поляризационного спектра ко - и кросс-поляризованных составляющих обратно рассеянного света.

Поляризационная визуализация кожи человека.

1.  Распространение линейно поляризованного света в рассеивающей среде (феноменологическая модель, основанная на статистике эффективных оптических путей).

2.  Влияние поглощения на степень остаточной поляризации обратно рассеянного света.

3.  Методики поляризационной визуализации кожи.

Статистические свойства спекл-полей в ближней и дальней зонах дифракции.

1.  Опишите качественную физическую картину микролинзового эффекта в ближней зоне дифракции при освещении случайного фазового экрана широким коллимированным пучком.

2.  Сформулируйте условие наблюдения максимума контраста спекл-поля в ближней зоне дифракции при освещении случайного фазового экрана широким коллимированным пучком. От чего зависит максимальное значение контраста спеклов в ближней зоне?

3.  Каковы условия наблюдения развитых спеклов в дальней зоне дифракции? Опишите особенности режима дефлекции освещающего пучка.

4.  Можно ли в дальней зоне дифракции наблюдать спеклы с негауссовой статистикой флуктуаций амплитуды?

5.  Как зависит контраст спеклов в дальней зоне от отношения размера освещенного участка на поверхности рассеивателя к радиусу корреляции фазы граничного поля?

6.  Как меняется радиус корреляции фазы граничного поля при увеличении степени шероховатости рассеивающей лазерное излучение поверхности?

7.  Как будет изменяться контраст спеклов в дальней зоне при увеличении ширины спектра источника излучения?

Определение коэффициента диффузии частиц в суспензиях методом спекл-коррелометрии полного поля.

1.  Опишите метод спекл-коррелометрии полного поля. При каких условиях можно применять данный метод?

2.  Каким образом контраст усредняемых по времени спекл-модулированных изображений в методе полного поля связан в временной корреляционной функцией флуктуаций амплитуды рассеянного излучения?

3.  Как с использованием спекл-коррелометрии полного поля определить среднюю скорость или коэффициент диффузии рассеивающих центров?

4.  При исследовании нестационарной среды, представляющей собой суспензию рассеивающих частиц, методом спекл-коррелометрии полного поля с длиной волны лазерного излучения 633 нм при температуре 20°С получено значение времени корреляции . Как изменится это значение при зондировании на длине волны 532 нм и температуре среды 60°С?

5.  Опишите основные источники погрешностей при определении подвижности рассеивающих центров методом спекл-коррелометрии полного поля.

Определение транспортного коэффициента рассеяния случайно-неоднородных сред на основе эффекта когерентного обратного рассеяния

1.  С использованием представлений о когерентном обратном рассеянии скалярных волн покажите, что ширина пика когерентного обратного рассеяния определяется произведением длины волны зондирующего излучения на транспортный коэффициент рассеяния.

2.  Как влияет кратность рассеяния на фактор усиления в направлении строго назад?

3.  Опишите схему наблюдения эффекта когерентного обратного рассеяния.

4.  Чем обусловлены сложности наблюдения эффекта когерентного обратного рассеяния для биологических сред?

5.  Как влияет ширина спектра зондирующего излучения на форму и ширину пика когерентного обратного рассеяния?

6.  Как влияет поглощение зондирующего излучения в среде на форму и ширину пика когерентного обратного рассеяния?

Экспериментальная регистрация и исследование синхронизации физиологических ритмов.

1.  Опишите структуру аппаратной части измерительного комплекса МР-100 (Biopac Systems Inc.), а также назначение и функции его программного обеспечения.

2.  Опишите действия по настройке каналов сбора данных МР-100, включая настройку параметров дискретизации сигнала.

3.  Каковы физиологические механизмы вариабельности кардиоритма?

4.  Каковы основные механизмы воздействия дыхательного ритма на регуляцию сосудистого тонуса?

5.  Дайте интерпретацию сегментов одиночной пульсовой волны по сигналу фотоплетизмограммы.

6.  Опишите методы диагностики фазовой синхронизации по экспериментальным данным.

Исследование потенциала действия нерва и скорости проведения возбуждения по сенсорным волокнам методом стимуляционной электронейромиографии (ЭМГ).

1.  Охарактеризуйте функциональные блоки аппаратной части электронейромиографа «Нейро-МВП4» и назначение его программного обеспечения.

2.  Дайте определение двигательной единицы применительно к скелетной мускулатуре.

3.  Опишите экспериментальную методику получения М-ответа мышцы методом стимуляционной электронейромиографии.

4.  Перечислите поздние нейрографические феномены.

5.  Дайте описание антидромной и ортодромной методик исследования скорости проведения возбуждения по сенсорным волокнам.

Исследование вариабельности кардиоритма и сосудистого тонуса.

1.  Дайте описание основных физиологических механизмов, формирующих вариабельность сердечного ритма.

2.  Какие причинно-следственные связи составляют механизм барорецептивной регуляции артериального давления?

3.  Опишите современную классификацию ритмов авторегуляции периферийного кровотока.

4.  Охарактеризуйте и сопоставьте влияние симпатической нервной активности на регуляцию кардиоритма и тонуса периферических артериальных сосудов.

5.  Дайте описание физиологических реакций в ответ на дыхательную пробу в виде задержки дыхания.

Разработка и изготовление усилителя биосигналов.

1.  Опишите состав и функциональное назначение установки для макетирования электронных схем NI Elvis.

2.  Каковы типовые требования ко входному сопротивлению, чувствительности и коэффициенту передачи усилителя сигналов спонтанной электрической активности тела человека?

3.  Сформулируйте и обоснуйте фильтрующие свойства усилителя биосигналов в соответствии с (а) частотным диапазоном конкретного физиологического ритма и (б) типовыми параметрами дискретизации при последующем аналого-цифровом преобразовании.

4.  Объясните действия обратных связей и их использование для достижения необходимых параметров усилителя биосигналов.

5.  Сформулируйте основные требования к форме и расположению регистирующих электродов.

6.  Перечислите типовые схемные и конструктивные решения, обеспечивающие электробезопасность пациента.

6.4.Аттестация по итогам освоения дисциплины

Аттестация по итогам освоения дисциплины проводится по итогам выполнения лабораторных работ в форме зачета.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Специальный физический практикум»

7.1. Раздел 1. Оптические когерентные методы измерений

а) основная литература:

Тучин и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. М.: Физматлит. 20с.

б) дополнительная литература:

Когерентно-оптические методы в измерительной технике и биофотонике. /, , . Под ред. проф.: и . – Изд-во Саттелит, 20с. ISBN: 5-06-3. http://optics. *****/library/education/cohmeth

, , СПЕЦИАЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ. ЦИФРОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ. Сканирующий интерферометр с цифровой обработкой сигнала. Кафедра оптики и биофотоники. Саратовский гос. университет. – 22 с. CD-ROM http://optics. *****/info/edu/method/Correlation. pdf 2006

. СПЕЦИАЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ: ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ РАССЕИВАЮЩИХ СРЕД. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПРОЗРАЧНЫХ СЛОЕВ И ПОКРЫТИЙ. Учебно-метод. руководство к выполнению лабораторной работы. СГУ. Кафедра оптики и биофотоники. 20с.

, , . СПЕЦИАЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ: ОПТИЧЕСКАЯ ГОЛОГРАФИЯ. Под ред. проф. . Учебно-методическое руководство по выполнению лабораторных работ специального оптического практикума. Саратовский государственный университет. 2с. http://library. *****/uch_lit/2.pdf

, , . СПЕЦИАЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ: ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ И СПЕКЛ–ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ. Под ред. проф. . Учебно-методическое руководство по выполнению лабораторных работ специального оптического практикума. Саратовский государственный университет 20с. http://library. *****/uch_lit/3.pdf

, , . Интерферометр Майкельсона с лазерным источником света. Руководство к лабораторной работе по курсу общей физики. Оптика. Интерференция света. Саратовский государственный университет. Кафедра оптики и биофотоники. 2009.15 с. http://library. *****/uch_lit/8.pdf

, , . ОПТИЧЕСКАЯ НИЗКОКОГЕРЕНТНАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ И ТОМОГРАФИЯ. Специальный оптический практикум. Учебное пособие. под ред. проф. . Саратовский государственный университет. Кафедра оптики и биофотоники. 20с. http://library. *****/uch_lit/9.pdf

, , ЦИФРОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ГОЛОГРАФИЯ. Учебное пособие под редакцией профессора . Саратовский государственный университет. Кафедра оптики и биофотоники. 20с. http://library. *****/uch_lit/12.pdf

, , . Низкокогерентная микроинтерферометрия внутренней структуры кристаллизовавшейся плазмы крови. Оптика и спектроскопия, 2009, том 107, № 6, с. 909–916.

, , Смирнов интерферометрия слоистых структур в полихроматическом свете с цифровой записью и обработкой интерферограмм. Компьютерная Оптика. 2010. Т.34. В.4. С. 23-36.

, В. В Лычагов, , . Низкокогерентная полнопольная интерферометрия объемной структуры кристаллизовавшейся капли солевого раствора белка. Компьютерная Оптика. 2010. Т.34. В.1. С.90-100.

Гуров когерентная томография: принципы, проблемы и перспективы. /В кн.: Проблемы когерентной и нелинейной оптики. /Под ред. и . СПб :СПбГУ ИТМО, 2004. С. 6-30.

, , Де Современные методы цифровой голографии. - В кн.: Проблемы когерентной и нелинейной оптики /Под ред. и . - СПб: СПбГУ ИТМО. 2004. C. 91-117.

Компьютерная фотоника: принципы, проблемы и перспективы. //Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2005. Вып. 21. С. 5-20. http://faculty. *****/kf/docs/Computer_Photonics. pdf

в) Интернет-ресурсы

, , . СПЕЦИАЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ: ОПТИЧЕСКАЯ ГОЛОГРАФИЯ. Под редакцией проф. . Учебно-методическое руководство по выполнению лабораторных работ специального оптического практикума. Саратовский государственный университет. 2с. http://library. *****/uch_lit/2.pdf

, , . СПЕЦИАЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ: ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ И СПЕКЛ–ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ. Под редакцией проф. . Учебно-методическое руководство по выполнению лабораторных работ специального оптического практикума. Саратовский государственный университет 20с. http://library. *****/uch_lit/3.pdf

, , . ОПТИЧЕСКАЯ НИЗКОКОГЕРЕНТНАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ И ТОМОГРАФИЯ. Специальный оптический практикум. Учебное пособие. под ред. проф. . Саратовский государственный университет. Кафедра оптики и биофотоники. 20с. http://library. *****/uch_lit/9.pdf

, , ЦИФРОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ГОЛОГРАФИЯ. Учебное пособие под редакцией профессора . Саратовский государственный университет. Кафедра оптики и биофотоники. 20с. http://library. *****/uch_lit/12.pdf

Когерентно-оптические методы в измерительной технике и биофотонике. /, , . Под ред. проф.: и . – Изд-во Саттелит, 20с. ISBN: 5-06-3. http://optics. *****/library/education/cohmeth

Лычагов пособие Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография. Краткий курс лекций. Саратовский государственный университет. Электронная библиотека кафедры оптики и биофотоники. 2010 27 c. http://optics. *****/library/education/lowcohmt

Компьютерная фотоника: принципы, проблемы и перспективы. //Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2005. Вып. 21. С. 5-20. http://faculty. *****/kf/docs/Computer_Photonics. pdf

7.2. Спектральные, спекл-корреляционные методы исследования биосред и мониторинг физиологических ритмов

а) основная литература:

1.  Специальный практикум по оптической биофизике. In vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека: Учеб. пособие для студентов вузов / , , и др. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2003.

2.  , In vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека. – Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 2001.

б) дополнительная литература:

3.  , Ульянов оптический практикум. Статистика динамических спекл-полей: Учеб. Пособие. – Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 1998.

4.  Учебно-методические руководства к лабораторным работам в спецпрактикуме, http://optics. *****, 2008.

5.  М. Джонс. Электроника - практический курс.(A Practical Introduction to Electronic Circuits). Серия: Мир электроники, Издательство: Техносфера, 2006 г.

1.  Лебедева оптика. ‑ М.: Изд-во Моск. ун-та, 1994.

2.  , , Синичкин оптический практикум. Компьютеризованные спектральные комплексы для биофизических исследований: Учеб. Пособие. – Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 1999.

3.  Кожа (строение, функция, общая патология, терапия) / Под ред. , . – М.: Медицина, 1982.

4.  Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии / Пер. с англ. – М.: Мир, 1986.

5.  Новаковский в цветном телевидении. ‑ М.: Радио и связь, 1988.

6.  , Матвеев светотехники: Учеб. Пособие для вузов: В 2 ч. Ч. 2. Физиологическая оптика и колориметрия. ‑ М.: Энергоатомиздат, 1989.

7.  , Потапенко -химические основы фотобиологических процессов. – М.: Высш. шк., 1989.

8.  Тучин и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1998.

9.  Оптика спеклов. / Пер. с англ. – М.: Мир, 1980.

10.  C. Г. Николаев. Практикум по клинической электромиографии. 2-е изд., перераб. и доп. Иваново, 2003

в) Интернет-ресурсы

Учебно-методические руководства к лабораторным работам по Спецпрактикуму-2, http://optics. *****.

http://www. *****, http://www. , http://www. *****

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Специальный физический практикум»

8.1. Раздел 1. Оптические когерентные методы измерений

Специальный оптический практикум «Оптические когерентные методы измерений» базируется на приборах и установках:

1.  Виброзащитные стенды для интерференционных и голографических исследований фирмы STANDA с полным набором прецизионных оптикомеханических юстировочных и крепежных устройств, оптических деталей и лазерных источников света.

2.  Лазеры газовые He-Ne (0,63 мкм, 1,5 мВт, 3 мВт, 5 мВт, 25 мВт, 72 мВт), полупроводниковые (0,65 мкм, 1,5 мВт, 15 мВт), твердотельные с диодной накачкой (0,32 мкм, 2 мВт).

3.  Интерферометр Майкельсона с лазерным источником света (полупроводниковый лазерный модуль, 0,65 мкм) на вертикальной жесткой плите и прецизионными юстировочными устройствами фирмы STANDA.

4.  Интерферометр Майкельсона с источником белого света на вертикальной жесткой плите и прецизионными юстировочными устройствами фирмы STANDA.

5.  Интерферометр Маха-Цендера на горизонтальной жесткой плите (500х500 мм) с газовым He-Ne лазером ГН-5 (0,63 мкм, 5 мВт).

6.  Интерферометр Маха-Цендера на вертикальной жесткой плите (400х300 мм) с газовым He-Ne лазером ГН-3 (0,63 мкм, 3 мВт).

7.  Лазерная интерференционная установка ЛИИТ-02 для определения толщины тонких слоев и покрытий.

8.  Интерференционный микроскоп Линника МИИ-4 с цифровой окулярной камерой записи изображений и компьютером для обработки изображений Scoptek DCM-300.

9.  Интерференционный сканирующий микроскоп с компьютерным управлением и обработкой кадров изображений на базе выброзащитной плиты и юстировочных устройств фирмы STANDA, управляемого столика 8МТ173-25 фирмы STANDA и цифровой видеокамеры Thorlabs DCU223M.

10.  Промышленно изготовленный лазерный интерференционный ретинометр – прибор для определения ретинальной остроты зрения, с полупроводниковым лазерным модулем с длиной волны излучения 0,63 мкм.

8.2. Спектральные, спекл-корреляционные методы исследования биосред, мониторинг физиологических ритмов

Лабораторное оборудование специального практикума, научное оборудование кафедры оптики и биофотоники.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению 011200 Физика и профилям подготовки Биофизика и Медицинская фотоника.

Авторы:

профессор кафедры оптики и биофотоники,

д. ф.-м. м., профессор

ассистент каф. оптики и биофотоники,

к. ф.-м. н.

профессор кафедры оптики и биофотоники,

д. ф.-м. н., профессор

профессор кафедры оптики и биофотоники,

д. ф.-м. н., профессор

профессор кафедры оптики и биофотоники,

д. ф.-м. н., профессор

Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники

от 14 января 2011 года, протокол /11.

Подписи:

Зав. кафедрой

Декан физического факультета

(факультет, где разработана программа)

Декан физического факультета

(факультет, где реализуется программа)