1. Евтушенко Г.С., Аристов А.А. Лазерные системы в медицине

УТВЕРЖДАЮ
Директор института ИНК
___________ В.А. Клименов
«____»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Лазерные системы в медицине
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП
201000 Биотехнические системы и технологии
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА)
Медико-биологические аппараты, системы и комплексы
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)
магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г.
КУРС
1
СЕМЕСТР 2
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
2
ПРЕРЕКВИЗИТЫ
М2.Б1.
КОРЕКВИЗИТЫ
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
9
час.
Практические занятия
27
час.
Лабораторные занятия
18
час.
час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 54
час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 90
час.
ИТОГО
144
час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ дифференциальный зачет
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра промышленной и
медицинской электроники Института неразрушающего контроля
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ_____________( Г.С. Евтушенко)
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
_______________ (Г.С. Евтушенко
______________ (Г.С. Евтушенко)
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
Целью учебной дисциплины является:
в области обучения – формирование специальных знаний, умений, навыков
расчета, проектирования и эксплуатации лазерных медицинских приборов и
систем, а также компетенций в сфере современного электронного
медицинского приборостроения.
в области воспитания – научить эффективно работать индивидуально и в
команде, проявлять умения и навыки, необходимые для профессионального,
личностного развития;
в области развития – подготовка студентов к дальнейшему освоению новых
профессиональных знаний и умений, самообучению, непрерывному
профессиональному самосовершенствованию.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Лазерные системы в медицине» относится к базовой части
профессионального цикла дисциплин. Пререквизитом данной дисциплины
является М2.Б1. «Биотехнические системы и технологии», которая
преподается в предыдущем семестре. Предварительно должны быть
обязательно изучены такие дисциплины как Б2.Б4. «Физика», Б3.Б5
«Теоретические основы электротехники», Б3.Б6. «Материалы и элементы
электронной техники».
3. Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен/будет:
знать
 Методы и технические средства лазерной терапии, хирургии и
диагностики;
 основы физики и техники источников когерентного (лазеры) и
некогерентного (светоизлучающие диоды - СИДы) излучения;
 физические явления, протекающие при взаимодействии излучения с
биологическими средами;
 основные функции и принципы построения лазерных медицинских
систем.
уметь
 ориентироваться в физических процессах, протекающих в лазерах и
СИДах;
 при разработке новых приборов обоснованно применять компонентную
базу, с учетом конструктивных особенностей медицинской аппаратуры.
 обоснованно применять различные типы приборов, с учетом конкретных
применений и условий эксплуатации.
владеть методами (приёмами)
 расчета (проектирования) лазерных систем;
 анализа статических и динамических режимов работы систем;
 практической работы с современными лазерными устройствами,
применяемыми в технике и медицине.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) способность стремиться к саморазвитию, повышению
своей
квалификации и мастерства (ОК-6);
способность использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы
математического
анализа
и
моделирования,
теоретического
и
экспериментального исследования (ОК-10).
2. Профессиональные способность владеть методами решения задач, анализа и расчета
характеристик оптических и электрических схем (ПК-4);
способность собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать
научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать
достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);
готовность выполнять расчет и проектирование деталей, компонентов и
узлов электронных блоков и устройств, в соответствии с техническим
заданием с использованием средств автоматизации проектирования (ПК-10);
способность выполнять эксперименты и интерпретировать результаты по
проверке корректности и эффективности решений (ПК-19).
4. Структура и содержание дисциплины
4.1 Содержание разделов дисциплины:
Введение
Назначение дисциплины и ее место в общепрофессиональной
подготовке дипломированного специалиста в области электроники. Предмет
и содержание курса, его роль и место среди других дисциплин. Понятие о
квантовой электроники и лазерной физике и технике. История развития
квантовой электроники и лазерной техники, применительно к медицине.
Основные функции и обобщенная схема лазерных медицинских систем.
Раздел 1. Лазер и здоровье человека.
1.1. Объекты лазерного воздействия.
1.2. Проникновение излучения в биоткань. Взаимодействие когерентного и
некогерентного излучения с биообъектом.
1.3. Техника безопасности при работе с лазерными установками.
Практические занятия
1. Ослабление излучения, при прохождении через биоткань, глубина
проникновения.
2. Условия подбора оптимальной длины волны излучения для терапии,
хирургии.
Раздел 2. Физики и техника лазеров для медицины.
1.1. Классификация лазеров, применительно к медицинским применениям.
1.2. Физические основы лазерной техники.
1.3. Некоторые из типов лазеров и светоизлучающих диодов (широко
используемых в медицинской аппаратуре).
Практические занятия
1. Расчет квантового кпд лазера.
2. Место оптического диапазона спектра в шкале частот (и энергии)
электромагнитного излучения.
Лабораторные работы
ЛАБОРАТОРНАЯ №1. Основы лазерной безопасности. Гелий-неоновый и
полупроводниковый лазеры.
ЛАБОРАТОРНАЯ №2.Измерение диаметра пучка расходимости излучения
Раздел 3. Методы и аппаратурные средства лазерной медицины.
1.1. Лазерная хирургия. Физические процессы в лазерной хирургии.
Хирургические лазерные установки.
1.2. Низкоинтенсивная лазерная терапия.
Механизмы взаимодействия низкоинтенсивного лазерного излучения (НЛИ) с
биообъектом.
Области применения НЛИ, лазерные терапевтические установки.
Дозировка лазерного излучения.
1.3. Лазеры в фотодинамической терапии (ФДТ).
Механизм фотодинамического воздействия на биообъект.
Лазеры для ФДТ.
Фотосенсибилизаторы для ФДТ.
1.4. Диагностика биообъектов с помощью лазеров.
Основные принципы лазерной диагностики.
Некоторые из методов макродиагностики.
Методы и средства микродиагностики (абсорбционные, флуоресцентные и
др.).
1.5. Побочные негативные эффекты взаимодействия лазерного излучения с
биообъектами.
Практические занятия
1. Расчет дозы облучения и плотности мощности низкоинтенсивного
лазерного излучения (НЛИ).
2. Выбор приемников для регистрации излучения конкретных типов
лазеров.
Лабораторные работы
ЛАБОРАТОРНАЯ №3. Прохождение излучения по оптоволокну. Аппаратура
для световодной лазерной терапии
Лабораторная № 4. Визуализация изображения биообъекта с помощью
лазерного монитора.
В таблице 1 приведена структура дисциплины по разделам и видам учебной
деятельности с указанием временного ресурса в часах.
Таблица 1.
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название
Аудиторная работа (час)
СРС Колл, Итого
раздела/темы
(час) Контр.
Лекц Практ./се
Лаб.
Р.
ии м.
зан.
Занятия
входн.
Введение
1
1
2
4
контр.
1. Лазер и здоровье
1
8
8
17
человека.
2. Физики и техника
3
8
8
40
КР.1
59
лазеров для медицины.
3.
Методы
и
аппаратурные
средства
лазерной
4
10
10
40
КР.2
64
медицины.
Итого
9
27
18
90
144
5. Образовательные технологии
Специфика сочетания методов и форм организации обучения отражается
в матрице (см. табл. 2).
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Пр.
Лаб.
Тр*.,
Лекц.
зан./
СРС
КП
раб.
Мк**
Методы
Сем.,
IT-методы

Работа в команде

Case-study


Игра
Методы
проблемного

обучения
Обучение

на основе опыта
Опережающая


самостоятельная
работа
Проектный метод
Поисковый метод

Исследовательский

метод
Междисциплинарн
ое обучение
* - Тренинг, ** - Мастер-класс




6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
Приводится характеристика всех видов и форм самостоятельной работы
студентов, включая текущую и творческую/исследовательскую деятельность
студентов:
6.1 Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний
студента, развитие практических умений:
- работа с лекционным материалом;
- подготовка к лабораторным и практическим занятиям;
- обзор литературы и электронных источников информации по
индивидуально заданной проблеме курса (рекомендуется в случае
недостаточного усвоения материала, а также студентам, пропустившим
аудиторные занятия по какой-либо теме);
опережающая самостоятельная работа;
изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку (используется
для тем, не вошедших из-за недостатка времени в лекционный курс, но
имеющих непосредственное отношение к данной дисциплине);
подготовка к контрольным работам, экзамену.
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР):
- поиск, анализ, структурирование информации,
- подготовка индивидуального (командного) проекта, с
презентацией
6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
Внеаудиторная работа студентов по дисциплине заключается в:
самостоятельном изучении материала теоретических занятий;
подготовке к лабораторным занятиям;
подготовке к практическим занятиям;
подготовке к контрольным работам;
выполнению дополнительных заданий за нарушение графика работы,
пропуски занятий.
Подготовке реферата (индивидуального задания).
Дополнительные вопросы, выносимые на самостоятельные занятия.

Лазерная низкоинтенсивная терапия, как составная часть физиотерапии.
Основные источники излучения для НЛИ.
 Способна ли лазерная хирургия вытеснить традиционный скальпель?
Какие из типов лазеров наиболее эффективны в устройствах лазерной
хирургии и почему?
 Место фотодинамической терапии в современных методах лечения
онкологических заболеваний. Требования к лазерам для ФДТ.
 Качественно новые возможности диагностики при использовании лазеров.
В чем они состоят?
Для закрепления теоретического материала, выполнения отчетов по
лабораторным работам по дисциплине во внеучебное время студентам
предоставляется возможность пользования библиотекой ТПУ, литературой и
компьютерами кафедры, где имеются программа, методические указания по
лабораторным работам, методические пособия и контролирующие материалы
по дисциплине. Студенты имеют возможность получить консультации по
вопросам дисциплины как у ведущего лектора, так и у ассистентов кафедры
ПМЭ Тригуба Максима Викторовича и Киселевой Екатерины Юрьевны.
Тематика рефератов (индивидуальных заданий)
Студентам предлагается более 30 тем (примеры приведены ниже, а
полный перечень – отдельным файлом)). Кроме этого, они могут выбрать
тему задания самостоятельно, согласовав с преподавателем.
Методы поглощения в лазерной диагностике
Лазерная реканализация сосудов
Световодная техника в медицине
Современные твердотельные лазеры и их применение в медицине
Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство
двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей. В
частности, предусмотрена процедура защиты лабораторных работ, курсового
проекта.
6.4 Учебно-методическое
обеспечение
самостоятельной
работы
студентов
Указываются
образовательные
ресурсы,
рекомендуемые
для
использования при самостоятельной работе студентов, том числе
программное обеспечение, Internet- и Intranet-ресурсы (электронные
учебники, компьютерные модели и др.), учебные и методические пособия,
справочники, задачники и др.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества
освоения дисциплины
6.3
ПРИМЕРЫ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ БИЛЕТОВ
Экзаменационный билет № 3
1. Классификация лазеров.
2. Основные направления использования лазеров в медицине.
Экзаменационный билет № 4
1. Краткий перечень лазеров, используемых в медицине. Их основные
характеристики и назначение характеристики и назначение.
2. Лазеры для хирургии, их типы и параметры. Хирургические
установки на их основе.
Экзаменационный билет № 5
1. Светоизлучающие диоды, их типы, принцип действия и КПД.
Основное назначение СИДа как составной части устройств для
медицины.
3. Физические процессы в лазерной хирургии.
Вопросы к государственному экзамену
по дисциплине "Лазерные системы в медицине"
1. Место лазерной медицины в ряду современных методов лечения.
Основные направления использования лазерной техники в медицине.
2. Основные методы и средства низкоинтенсивной лазерной терапии.
3. Лазеры для "силовой медицины". Их основные параметры и назначение.
4. Механизм фотодинамического воздействия лазерного излучения на
злокачественные образования. Лазеры для фотодинамической терапии.
5. Особенности разработки и эксплуатации лазерной медицинской
аппаратуры.
Перечень практических заданий.
1. Рассчитать квантовый кпд гелий-неонового лазера.
2. Рассчитать дозу для облучения для низкоинтенсивной терапии.
3. Рассчитать плотность мощности излучения, падающую на сетчатку глаза
при прямом попадании излучения лазерной указки в глаз (при заданных
параметрах).
4. Рассчитать мощность излучения, падающую на входной зрачок глаза
человека, при заданных значениях расходимости пучка и коэффициенте
ослабления на атмосферной трассе, заданной длины.
5. Рассчитать минимальное значение фокусного расстояния оптической
линзы пригодной для заведения излучения в волокно (при заданных значениях
коэффициентов преломления и диаметра лазерного пучка).
6. Рассчитать длины волн излучения вторых гармоник Nd-YAG, Cu-лазера.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Качество освоения дисциплины оценивается согласно кредитнорейтинговой системе организации учебного процесса в Институте
неразрушающего контроля.
В течение семестра предусмотрены две конференц-недели (на 9 и 18
неделях). Первая конференц-неделя нацелена на развитие коммуникативной
составляющей общекультурных компетенций, вторая – призвана подвести
итоги по данной дисциплине в семестре (отчетная, контролирующая
функции).
Рейтинг-план рассчитывается из 100 баллов на текущую успеваемость:
60 баллов выделяется на выполнение обязательных видов занятий
(лабораторные работы, практические занятия); 40 баллов – на рубежный
контроль (контрольные работы). Студент, выполнивший и защитивший
курсовой проект, выполнивший обязательные пункты рейтинг-плана и
набравший по итогам текущей успеваемости не менее 51 балла, допускается к
экзамену.
Промежуточная аттестация (в конце семестра) предусматривает экзамен.
Экзаменационный билет включает два теоретических вопроса и одну задачу.
Оценка по результатам экзамена выставляется по 100-балльной и по 5балльной системе.
Рейтинг-план дисциплины приведен в отдельном файле.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины
Основная литература.
Основная литература
1. Евтушенко Г.С., Аристов А.А. Лазерные системы в медицине. Учебное
пособие. Томск, изд. ТПУ, 1998, 86 с.
2. Евтушенко Г.С., Аристов А.А. Лазерные системы в медицине. Учебное
пособие. Издательство второе, дополненное, Томск, изд. ТПУ, 2003, 130
с.
3. Приезжев А.В., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в
биологии и медицине., Изд. "Наука", М., 1989, 238 с.
4. Квантовая
электроника.
Маленькая
энциклопедия.
Отв.ред.М.Е.Жаботинский.Изд."Советская энциклопедия", М., 1969, 432
с.
5. Справочник по лазерам. В 2-х томах. Под ред. Прохорова А.М. Изд. "Сов.
радио", Москва, 1978, 504 с.
6. Довгий Я.О. Оптические квантовые генераторы (Спецпрактикум).
Изд."Вища школа", Киев, 1977, 231 с.
7. Прикладная лазерная медицина. Учебное и справочное пособие. Под ред.
Берлиева Х.П., Мюллера Г.Й. (Русский перевод). Изд. “Интерэксперт”,
М., 1997, 330 с.
8. Крейман М.З., Удалый И.Ф. Низкоинтенсивная лазеротерапия.
Практическое пособие., Изд. ТГУ, Томск, 1992, 110 с.
9. Лазеры в хирургии. Под. ред. Скобелкина О.К. Изд. "Медицина", М.,
1989, 256 с.
10. Низкоинтенсивная лазерная терапия / Под ред. С.В. Москвина, В.А.
Буйлина., изд. “Техника”, М., 2000, 724 с
11. Приложения лазеров в биологии и медицине: Учебное пособие/ под
редакцией Кистенева Ю.В. // Агеев Б.Г., Дьякова Е.Ю., Каюанов А.М.
идр.. Томск, изд. ТПУ, 2007, 181 с.
Дополнительная литература.
1. Лисицын В.Н., Мешалкин Ю.П. Физические основы применения лазеров в
биологии и медицине (учебное пособие). Новосибирск, изд. НГУ,
Новосибирск, 1993, 41 с.
2. Илларионов В.Е. Основы лазерной терапии. Изд. "Респект", М., 1992, 123
с.
3. Илларионов В.Е. Техника и методики процедур лазерной терапии.
(Справочник). М., 1994, 200 с.
4. Тютрин И.И., Удут В.В., Прокопьев В.Е. и др. Лазерная фототерапия
(теория и практика). Изд. "Граффити", Томск, 1994, 252 с.
5. Чередниченко Ю.Н., Азбель Д.И., Дерибас А.А. Руководство по лазерной
терапии в клинической практике (методические рекомендации по
низкоинтенсивным лазерным воздействиям). Изд. СО РАМН,
Новосибирск, 1995, 108 с.
6. Солдатов А.Н., Соломонов В.И. Газоразрядные лазеры на
самоограниченых переходах в парах металлов. Изд."Наука",
Новосибирск, 1985, 152 с.
7. Петракова В.С. Эндоскопическая лазеротерапия в комплексном
санаторно-курортном лечении больных язвенной болезнью. Автореф.
диссерт. канд.мед.наук, Томск, 1994, 25 с.
8. Удалый И.Ф. Лазеры на парах меди в онкологии. Диссерт. канд.мед.наук
(в форме доклада),Томск,1994,43 с.
9. Лазеры для медицины и биологии. Матер. семинара-выставки. Под ред.
Привалова В.Е., Изд. БГТУ, Санкт-Петербург, 1995, 40 с.
10. Zyryanov B.N., Evtushenko V.A., Evtushenko G.S. et al. Copper-Vapor LowIntensity Therapy. Proceeding SPIE,1996, Vol.2728“Laser Use in Oncology”,
pp.100-107.
11. Странадко Е.Ф. Современные возможности, проблемы и перспективы
фотодинамической терапии в онкологи // Laser Market, 1993, N 7-8, с.281286.
12. Барашков Н.Н. Люминесцентный анализ на службе здоровья. М., Изд.
“Наука”, 1972, 575 с.
13. Кавецкий Р.Е., Чудаков В.Г., Сидорик Е.П. и др. Лазеры в биологии и
медицине. Киев, Изд. “Наукова думка”, 1969, 231 с.
14. Лазеры и жизнь. Харьковский профессионально-деловой вестник,
Харьков, изд. “Центр лазерных и микроволновых технологий”, 1996-1999
гг., (ежеквартальный).
15. ЛазерИнформ. Информационный бюллетень лазерной ассоциации. М.,
1996-2000 гг., (ежемесячный).
16. Буйлин В.А., Москвин С.В. Низкоинтенсивные лазеры в терапии
различных заболеваний. Изд. “Техника”, М., 2001, 176 с.
17. Laser Focus World. Периодический журнал (ежемесячный). США, 2000по 2011 гг.
18. Евтушенко Г.С., Шиянов Д.В., Губарев Ф.А. Лазеры на парах металлов с
высокими частотами следования импульсов. Изд. ТПУ, Томск, 2010, 276 с.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лаборатория электронных цепей и микроэлектроники (ауд. № 246,
корпус 16-в ТПУ):
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Лазер гелий-неоновый – 2 шт.
Лазер твердотельный – 3 шт.
Лазер на парах меди – 2 шт.
Оптоволокна – 10 шт.
Приемник излучения теплового действия – 2 шт.
Приемник излучения полупроводниковый – 2 шт.
Набор оптических элементов
Лазерный проекционный микроскоп на базе CuBr-лазера – 1 шт.
Лазерная терапевтическая установка – 1 шт.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки 201000
Биотехнические системы и технологии
Программа одобрена на заседании
кафедры промышленной и медицинской электроники
Института неразрушающего контроля
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).
Автор: Евтушенко Геннадий Сергеевич
Рецензент(ы) __________________________