9. Материально-техническое обеспечение дисциплины

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет
имени Н.Г. Чернышевского»
Балашовский институт (филиал)
УТВЕРЖДАЮ:
Директор БИ СГУ
доцент А.В. Шатилова
_________________
"10" ноября 2014 г.
Рабочая программа дисциплины
Применение ультразвука в медицине
Направление подготовки
201000 Биотехнические системы и технологии
Профиль подготовки
Биомедицинская инженерия
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Балашов
2014
СОДЕРЖАНИЕ
1. Цель освоения дисциплины ___________________________________ 3
2. Место дисциплины в структуре образовательной программы ____ 3
3. Компетенции обучающегося, формируемые
в процессе освоения дисциплины______________________________________ 3
Планируемые результаты обучения по дисциплине ________________________ 4
4. Содержание и структура дисциплины _________________________ 5
4.1. Объем дисциплины _________________________________________ 5
4.2. Содержание дисциплины _____________________________________ 5
4.3. Структура дисциплины ______________________________________ 6
5. Образовательные технологии, применяемые при освоении
дисциплины _______________________________________________________ 7
Информационные технологии, используемые при осуществлении
образовательного процесса по дисциплине ________________________________ 7
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины ___________ 7
Самостоятельная работа студентов по дисциплине _____________________ 7
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной
аттестации по дисциплине ____________________________________________ 8
7. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС ____________ 11
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 12
Литература по курсу __________________________________________ 12
Основная литература ________________________________________ 12
Дополнительная литература ___________________________________ 12
Интернет-ресурсы ____________________________________________ 12
Программное обеспечение ______________________________________ 13
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины ____________ 13
2
1. Цель освоения дисциплины
Цель освоения дисциплины «Применение ультразвука в медицине» – формирование систематизированных знаний о физических и физико-химических закономерностях,
лежащих в основе процессов ультразвуковой диагностики состояния биологических объектов.
2. Место дисциплины
в структуре образовательной программы
Дисциплина относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла (Б3.В5).
Для освоения указанной дисциплины студент должен овладеть компетенциями,
знаниями и умениями, сформированными в результате освоения основных дисциплин
специальности, входящих в базовую и вариативную часть профессионального цикла, таких как «Физика», «Биохимия» базовой части математического и естественнонаучного
цикла. В ходе изучения дисциплины происходит обобщение знаний, полученных при
освоении указанных курсов, показывается взаимосвязь и взаимовлияние различных естественнонаучных дисциплин, реализуется профессиональная направленность образовательного процесса.
Изучение дисциплины «Применение ультразвука в медицине» предшествует и
необходимо для изучения дисциплин вариативной части профессионального цикла «Динамические системы в биологии и технике», «Экспериментальные методы биофизики»,
«Биофизика».
3. Компетенции обучающегося,
формируемые в процессе освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
 способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и
моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
 способностью владеть основными приемами обработки и представления
экспериментальных данных (ПК-5);
 способностью выполнять эксперименты и интерпретировать результаты по
проверке корректности и эффективности решений;
 готовностью к участию в проведении медико-биологических, экологических, и
научно-технических исследований с применением технических средств,
информационных технологий и методов обработки результатов (ПK-20).
3
Планируемые результаты обучения по дисциплине
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
знать:
– термины и определения, используемые в акустике;
– механизмы выявления патологий при использовании ультразвуковой диагностики;
– механизмах преобразования и кодирования информации в ультразвуковых приборах.
уметь:
– вскрывать физико-химические механизмы жизнедеятельности;
– применять законы физики для описания происходящих в биологических системах
процессов;
– осуществлять диагностический подход к изучению биологических систем и прогнозировать их поведение;
владеть:
– основными численными методами решения задач ультразвуковой диагностики;
– навыками работы с программными средствами профессионального назначения;
– различными средствами коммуникации;
– способами совершенствования профессиональных знаний и умений путем использования образовательной среды БИСГУ;
– базовыми программными методами защиты информации при работе с компьютерными системами;
приобрести опыт:
– ознакомительного и изучающего чтения специальной литературы;
– выполнения лабораторных и исследовательских работ экспериментального характера;
– применения простейших методов сбора эмпирического материала для изучения
акустических процессов и явлений (наблюдение, эксперимент, теоретическое исследование;
– использования в профессиональной деятельности современных профессиональных баз данных и справочных систем.
4
4. Содержание и структура дисциплины
4.1. Объем дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа, из них:
– по очной форме обучения: 32 часа аудиторной работы (10 часов лекций и 22 часа лабораторных занятий), 40 часов самостоятельной работы. Дисциплина изучается в 4
семестре, ее освоение заканчивается зачетом.
4.2. Содержание дисциплины
Физические основы акустики.
Основные соотношения и определения линейной акустики. Приближения и модели. Распределенные гармонические источники и угловой спектр плоских волн. Нестационарные поля излучения распределенных источников. Одномерное волновое движение.
Нелинейные эффекты в жидких средах без потерь.
Пьезоэлектрические преобразователи. Импульсные акустические поля. Фокусированные поля. Формирование полей с помощью решеток преобразователей. Генерация акустических полей для терапии.
Пьезоэлектрические устройства. Детекторы. Измерение радиационного давления.
Калориметрия. Методы оптической дифракции. Другие методы приема и измерения ультразвука. Измерение биологических экспозиций и доз.
Сечения взаимодействия ультразвуковой волны. Анализ механизмов поглощения
продольных ультразвуковых волн. Измерение коэффициентов поглощения и затухания в
биологических тканях.
Основы теории рассеяния. Рассеяние в случайно-неоднородных средах. Экспериментальное исследование рассеяния. Рассеяние импульсных сигналов. Импедиография.
Методы визуализации и исследований.
Количественные описания при получении и восприятии изображения. Характеристики зрительного восприятия человека. Место ультразвука в медицинской визуализации.
Систематика интерпретации изображений.
Режимы представления эхо-импульсной информации. Передаточная функция.
Сложное сканирование и некогерентность изображения. Влияние среды распространения.
Обработка сигнала. Ограничения скорости сканирования частоты кадров. Испытание и
оценка характеристик систем. Области применения эхо-импульсных методов.
Использование объемных характеристик исследуемой ткани, характеристик рассеяния на тканях, параметров движения ткани.
Эффект Доплера. Доплеровский прибор непрерывного излучения. Импульснодоплеровский измеритель скорости кровотока. Анализ спектра доплеровского сигнала.
Средняя скорость. Пульсирующий поток. Ограничения теории.
Биофизика ультразвуковых эффектов.
Тепловые механизмы. Кавитация. Нетепловые явления: радиационное давление,
акустические течения, сдвиговые напряжения, акустические микропотоки вокруг пузырь5
ка. Некавитационные сдвиговых напряжений. Наблюдение эффектов нетепловой природы
в структурированных тканях.
Физиологические основы ультразвуковой терапии. Физиотерапия. Хирургия. Ультразвук при лечении онкологии.
Практика и уровни облучения. Исследования на изолированных клетках. Исследования на многоклеточных организмах. Исследования эмбрионов человека. Режимы облучения.
4.3. Структура дисциплины
Раздел дисциплины
Семестр
Неделя
семестра
Лабораторные
работы
Самостоятельная
работа
Виды учебной работы,
включая самостоятельную
работу студентов и трудоемкость (в часах)
1
1
2
Раздел 1. Физические
основы акустики
Тема 1. Линейная акустика.
Тема 2. Основы теории
рассеяния.
3
4
4
1-4
5
23
6
3
7
6
8
14
9
4
1-3
12
2
2
8
Отчет по л.р. №1
4
3-4
11
1
4
6
Отчет по л.р.№2.
Раздел 2. Методы визуализации и исследования
Тема 1. Медицинская
визуализация ультразвуковых эффектов
Тема 2. Сканирование
и объемные характеристики
Раздел 3. Биофизика
ультразвуковых эффектов и их применение
Тема №1. Тепловые и
нетепловые явления
Тема 2. Практика и
уровни облучения
Промежуточная аттестация
4
5-8
23
3
8
12
4
5-6
12
2
4
6
Отчет по л.р.№3,5
4
7-8
11
1
4
6
Отчет по л.р.№4
4
9-14
26
4
8
14
4
9-11
12
2
4
6
Отчет по л.р.№6,7
4
12-14
14
2
4
8
Отчет по л.р.№8
Всего часов
№
п/п
Лекции
Очная форма обучения
2
3
Формы текущего
контроля успеваемости (по неделям
семестра)
Формы промежуточной аттестации
(по семестрам)
Зачет
6
5. Образовательные технологии,
применяемые при освоении дисциплины
Традиционные образовательные технологии:
– лекции:
– лабораторные занятия.
Активные и интерактивные формы занятий:
– проблемная лекция;
– занятия в форме конференций, дискуссий.
Для обеспечения доступности обучения инвалидам и лицам с ограниченными возможностями здоровья учебные материалы могут быть адаптированы с учетом особых потребностей: в печатных материалах укрупнен шрифт, произведена замена текста аудиозаписью, использованы звуковые средства воспроизведения информации.
Информационные технологии, используемые
при осуществлении образовательного процесса по дисциплине
 Использование информационных ресурсов, доступных в информационнотелекоммуникационной сети Интернет (см. перечень ресурсов в п. 8 настоящей
программы).
 Составление и редактирование текстов при помощи текстовых редакторов.
 Создание электронных документов по изучаемым темам.
6. Учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
Самостоятельная работа студентов по дисциплине
В процессе изучения дисциплины по указанному курсу студент обязан выполнить
некоторые виды самостоятельных работ: выполнить и защитить лабораторные работы по
указанным темам; написать реферат на выбранную из предложенного списка тему; самостоятельно изучить часть материалов в соответствии с программой.
Темы рефератов.
1.
Одномерное волновое движение.
2.
Нелинейные эффекты в жидких средах без потерь.
3.
Пьезоэлектрические преобразователи.
4.
Генерация акустических полей для терапии.
5.
Методы оптической дифракции.
6.
Рассеяние в случайно-неоднородных средах.
7.
Импедиография.
8.
Характеристики зрительного восприятия человека.
9.
Режимы представления эхо-импульсной информации.
7
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Сложное сканирование.
Эффект Доплера.
Импульсно-доплеровский измеритель скорости кровотока.
Кавитация.
Физиологические основы ультразвуковой терапии.
Ультразвук при лечении онкологии.
Оценочные средства
для текущего контроля успеваемости
и промежуточной аттестации по дисциплине
Каждая лабораторная работа содержит цели выполнения лабораторной работы,
описание средств выполнения заданий, подробное описание отдельных пунктов выполнения и заданий, которые требуется выполнить, Также в лабораторной работе присутствуют
контрольные вопросы, если же они отсутствуют, то преподаватель либо видоизменяет,
либо предлагает новые задания, либо предлагает вопросы, ответ на которые студент должен знать после выполнения заданий лабораторной работы.
В лабораторных работах следует выполнять задания только в порядке очередности,
так как зачастую выполнение последующих заданий невозможно без выполнения предыдущих.
Лабораторная работа считается выполненной, если студент выполнил задания к лабораторной работе и отчитался преподавателю (предъявил результаты выполнения заданий лабораторной работы и ответил на вопросы или выполнил видоизмененные преподавателем задания, аналогичные содержащимся в лабораторной работе).
Пример тестовых заданий.
001. Потенциальная энергия материальной точки, колеблющейся по гармоническому закону, прямо пропорциональна ....... .
А. амплитуде скорости смещения
Б. квадрату амплитуды смещения
В. квадрату амплитуды ускорения смещения
Г. частоте колебаний
Д. амплитуде смещения
002. Потенциальная энергия материальной точки, колеблющейся по гармоническому закону, прямо пропорциональна ....... .
А. частоте колебаний
Б. квадрату амплитуды ускорения смещения
В. амплитуде скорости смещения
Г. амплитуде смещения
Д. квадрату частоты смещения
003. Кинетическая энергия материальной точки , колеблющейся по гармоническому закону , прямо пропорциональна ....... .
А. амплитуде смещения
Б. амплитуде скорости смещения
В. квадрату амплитуды смещения
Г. квадрату амплитуды ускорения смещения
Д. частоте колебаний
8
004. Кинетическая энергия материальной точки , колеблющейся по гармоническому закону , прямо пропорциональна ....... .
А. квадрату частоты смещения
Б. частоте колебаний
В. амплитуде смещения
Г. амплитуде скорости смещения
Д. квадрату амплитуды ускорения смещения
005. Полная энергия материальной точки, колеблющейся по гармоническому закону, прямо пропорциональна ....... .
А. квадрату амплитуды смещения
Б. частоте колебаний
В. амплитуде смещения
Г. амплитуде скорости смещения
Д. квадрату амплитуды ускорения смещения
006. Полная энергия материальной точки , колеблющейся по гармоническому закону , прямо пропорциональна ....... .
А. квадрату амплитуды ускорения смещения
Б. частоте колебаний
В. амплитуде смещения
Г. квадрату частоты смещения
Д. амплитуде скорости смещения
007. Потенциальная энергия материальной точки, колеблющейся по гармоническому закону, изменяется со временем ...... .
А. с удвоенной частотой смещения
Б. с частотой равной нулю
В. с частотой смещения
Г. с частотой скорости смещения
Д. с частотой ускорения смещения
008. Кинетическая энергия материальной точки, колеблющейся по гармоническому закону, изменяется со временем ...... .
А. с частотой смещения
Б. с частотой скорости смещения
В. с удвоенной частотой смещения
Г. с частотой ускорения смещения
Д. с частотой равной нулю
009. Полная энергия материальной точки , колеблющейся по гармоническому закону , изменяется со временем ...... .
А. с частотой ускорения смещения
Б. с удвоенной частотой смещения
В. с частотой смещения
Г. с частотой равной нулю
Д. с частотой скорости смещения
010. Амплитуда гармонических колебаний изменяется со временем ...... .
А. с частотой ускорения смещения
9
Б. с удвоенной частотой смещения
В. с частотой смещения
Г. с частотой равной нулю
Д. с частотой скорости смещения
Вопросы к зачету.
1.
Основные соотношения и определения линейной акустики. Приближения и
модели.
2.
Распределенные гармонические источники и угловой спектр плоских волн.
3.
Нестационарные поля излучения распределенных источников. Одномерное
волновое движение.
4.
Нелинейные эффекты в жидких средах без потерь.
5.
Пьезоэлектрические преобразователи.
6.
Импульсные акустические поля. Фокусированные поля.
7.
Формирование полей с помощью решеток преобразователей.
8.
Генерация акустических полей для терапии.
9.
Пьезоэлектрические устройства. Детекторы.
10.
Измерение радиационного давления. Калориметрия.
11.
Методы оптической дифракции. Другие методы приема и измерения ультразвука.
12.
Измерение биологических экспозиций и доз.
13.
Сечения взаимодействия ультразвуковой волны.
14.
Анализ механизмов поглощения продольных ультразвуковых волн.
15.
Измерение коэффициентов поглощения и затухания в биологических тканях.
16.
Основы теории рассеяния. Рассеяние в случайно-неоднородных средах.
17.
Экспериментальное исследование рассеяния. Рассеяние импульсных сигналов.
18.
Импедиография.
19.
Количественные описания при получении и восприятии изображения.
20.
Характеристики зрительного восприятия человека.
21.
Место ультразвука в медицинской визуализации. Систематика интерпретации изображений.
22.
Режимы представления эхо-импульсной информации. Передаточная функция.
23.
Сложное сканирование и некогерентность изображения.
24.
Влияние среды распространения. Обработка сигнала.
25.
Ограничения скорости сканирования частоты кадров. Испытание и оценка
характеристик систем.
26.
Области применения эхо-импульсных методов.
27.
Использование объемных характеристик исследуемой ткани, характеристик
рассеяния на тканях, параметров движения ткани.
28.
Эффект Доплера. Доплеровский прибор непрерывного излучения.
29.
Импульсно-доплеровский измеритель скорости кровотока.
30.
Анализ спектра доплеровского сигнала. Средняя скорость. Пульсирующий
поток. Ограничения теории.
31.
Тепловые механизмы. Кавитация.
32.
Нетепловые явления: радиационное давление, акустические течения, сдвиговые напряжения, акустические микропотоки вокруг пузырька.
33.
Некавитационные сдвиговых напряжений.
34.
Наблюдение эффектов нетепловой природы в структурированных тканях.
10
35.
Физиологические основы ультразвуковой терапии. Физиотерапия. Хирургия.
Ультразвук при лечении онкологии.
36.
Практика и уровни облучения.
37.
Исследования на изолированных клетках.
38.
Исследования на многоклеточных организмах. Исследования эмбрионов человека. Режимы облучения.
7. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС
Очная форма обучения
Таблица максимальных баллов по видам учебной деятельности
1
2
Лекции
Лабораторные
занятия
10
40
3
4
5
6
7
Автоматизиро- Другие виды
Практические Самостоятельная
Промежуточная
ванное тестироучебной
занятия
работа
аттестация
вание
деятельности
0
10
0
0
40
8
Итого
100
Программа оценивания учебной деятельности студента
Лекции
Посещаемость, опрос, активность и др. за один семестр – от 0 до 10 баллов.
Лабораторные занятия
Контроль выполнения лабораторных заданий в течение одного семестра - от 0 до
40 баллов (5 баллов за одну выполненную и отчитанную лабораторную работу).
Практические занятия
Не предусмотрены.
Самостоятельная работа
Подготовка 1 реферата и отчета по подготовленному реферату (доклад (от 0 до 3),
ответы на вопросы по реферату (от 0 до 3 баллов), оценка реферата по содержанию (от 0
до 4 баллов)). Максимально 10 баллов.
Автоматизированное тестирование
Не предусмотрены.
Другие виды учебной деятельности
Не предусмотрены.
Промежуточная аттестация
При проведении промежуточной аттестации
ответ на «отлично» оценивается от 31 до 40 баллов;
ответ на «хорошо» оценивается от 21 до 30 баллов;
ответ на «удовлетворительно» оценивается от 11 до 20 баллов;
ответ на «неудовлетворительно» оценивается от 0 до 10 баллов.
11
Таким образом, максимально возможная сумма баллов за все виды учебной деятельности студента по дисциплине «Применение ультразвука в медицине» составляет 100
баллов.
Пересчет полученной студентом суммы баллов
по дисциплине «Применение ультразвука в медицине» в оценку
Баллы
Оценка
50–100 баллов
«зачтено»
49 баллов и меньше
«не зачтено»
8. Учебно-методическое и информационное
обеспечение дисциплины
Литература по курсу
Основная литература
1.
Волькенштейн, М. В. Биофизика [Электронный ресурс] : учеб.пособие / М. В.
Волькенштейн. - 4-е изд. - Электрон. текстовые дан. - СПб. : Лань, 2012. - 608 с
Дополнительная литература
1.
Таран, В. М. Технические устройства и системы медицинской аппаратуры [Текст] :
учеб.пособие / В. М. Таран, А. В. Лясникова ; Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов : Изд-во
Сарат. гос. техн. ун-та, 2008. - 615 с.
Интернет-ресурсы
1. Зональная научная библиотека [Электронный ресурс]. – URL:
http://www.sgu.ru/library
2. Электронные учебники [Электронный ресурс]. – URL: http://www.libedu.ru/
3. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов [Электронный ресурс]. –
URL: http://scool-collection.edu.ru
4. Единое окно доступа к образовательным ресурсам [Электронный ресурс]. – URL:
http://window.edu.ru
5. Издательство «Лань» [Электронный ресурс]: электронно-библиотечная система.
– URL: http://e.lanbook.com/
6. Издательство «Юрайт» [Электронный ресурс]: электронно-библиотечная система. – URL: http://biblio-online.ru
7. Руконт [Электронный ресурс]: межотраслевая электронная библиотека. – URL:
http://rucont.ru
8. eLIBRARY.RU [Электронный ресурс]: научная электронная библиотека. – URL:
http://www.elibrary.ru
12
9. ibooks.ru [Электронный ресурс]: электронно-библиотечная система. – URL:
http://ibooks.ru
10. Znanium.com [Электронный ресурс]: электронно-библиотечная система. – URL:
http://znanium.com
Программное обеспечение
1. Пакетпрограмм Microsoft Office: Word и Exсel.
2. Пакетпрограмм Open Office: Writer и Calc.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
 Учебные аудитории, оборудованные комплектом мебели, доской.
 Комплект проекционного мультимедийного оборудования.
 Специально оборудованные лаборатории №202, №303, №302, для проведения лабораторных и практических занятий: видеопроектор, интерактивная доска, компьютер, обычная доска, пластиковая доска;
 Компьютерные классы (аудитории №№ 24, 25).
Рабочая программа дисциплины «Применение ультразвука в медицине» составлена
в соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению подготовки 201000 «Биотехнические системы и технологии» (квалификация (степень) «бакалавр») и требованиями приказа Министерства образования и науки РФ № 1367 от 19.12.2013 г. о порядке организации и осуществления образовательной деятельности по образовательным программам
высшего образования – программам бакалавриата, программам специалитета, программам
магистратуры.
Программа разработана в 2011 г. (одобрена на заседании кафедры физики и информационных технологий, протокол №7 от 29 августа 2011 г.)
Программа актуализирована в 2014 г. (одобрена на заседании кафедры физики и
информационных технологий, протокол № 2 от «16» октября 2014 года).
Автор:
канд. физ.-мат. наук
Сорокин А. Н.
Зав. кафедрой физики
и информационных технологий
канд. пед. наук, доцент
Сухорукова Е.В.
Декан факультета математики,
экономии и информатики
канд. пед. наук, доцент
Кертанова В. В.
13