5005172 5158221 С.2 Физика, математика

Материал из Образовательные программы ПСПбГМУ
Перейти к: навигация, поиск

31.05.01 Лечебное дело. С.2 Физика, математика

Общая информация
Подразделение: Кафедра физики, математики и информатики (425935)
Семестр(ы): 1

Программа

Цели и задачи дисциплины

Цель освоения дисциплины - формирование у студентов-медиков системных знаний о физических свойствах и физических процессах, протекающих в биологических объектах, в том числе человеческом организме, необходимым как для обучения другим учебным дисциплинам, так и для непосредственного формирования врача.


При этом задачами дисциплины являются:

  • приобретение студентами методологической направленности, существенной для решения проблем доказательной медицины;
  • формирование у студентов логического мышления, умения точно формулировать задачу, способность вычленять главное и второстепенное, умения делать выводы на основании полученных результатов измерений;
  • приобретение студентами умения делать выводы на основании полученных результатов измерений;
  • изучение разделов прикладной физики, в которых рассматриваются принципы работы и возможности медицинской техники, применяемой при диагностике и лечении (медицинская физика);
  • изучение элементов биофизики: физические явления в биологических системах, физические свойства этих систем, физико-химические основы процессов жизнедеятельности;
  • обучение студентов методам математической статистики, которые применяются в медицине и позволяют извлекать необходимую информацию из результатов наблюдений и измерений, оценивать степень надежности полученных данных;
  • формирование у студентов умений пользования пакетами прикладных компьютерных программ по статистической обработке медико-биологической информации;
  • формирование навыков изучения научной литературы;
  • обучение студентов технике безопасности при работе с медицинским оборудованием.

Место дисциплины среди других дисциплин учебного плана

Дисциплина относится к естественнонаучному циклу дисциплин, изучается в 1 (или 2) семестре, является базовой в обучении лечебному делу.


Для освоения дисциплины "Физика. Математика" необходимы умения и знания школьного курса физики и математики, а также приобретаемые при изучении дисциплины "Математика":

  • Погрешности измерений
  • Оценка качества измерений
  • Статистика


На лечебном факультете дисциплина "Физика. Математика" является предметом, необходимым для изучения химических и профильных дисциплин, которые преподаются параллельно с данным предметом или на последующих курсах. Освоение дисциплины "Физика. Математика" должно предшествовать изучению физиологии, биохимии, микробиологии и вирусологии, гигиене, общественному здоровью, неврологии, оториноларингологии, офтальмологии, лучевой диагностике и лучевой терапии, инфекционных болезней.

Методы преподавания дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:


а) общекультурные (ОК):
  • способен и готов анализировать социально-значимые проблемы и процессы, использовать на практике методы гуманитарных, естественнонаучных, медико-биологических и клинических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности (ОК-1);
  • способен и готов к анализу значимых политических событий и тенденций, к ответственному участию в политической жизни, к использованию основных понятий и закономерностей мирового исторического процесса, использованию историко-медицинской терминологии; уважительно и бережно относиться к историческому наследию и культурным традициям; оценить политику государства, проявлять в своем поведении элементы политической культуры (ОК-3);
  • способен и готов к логическому и аргументированному анализу, к публичной речи, ведению дискуссии и полемики, редактированию текстов профессионального содержания, к осуществлению воспитательной и педагогической деятельности, к сотрудничеству и разрешению конфликтов, к толерантности (ОК-5);
  • способен и готов осуществлять свою деятельность с учетом принятых в обществе моральных и правовых норм; к соблюдению правил врачебной этики, сохранению врачебной тайны; к соблюдению законов и нормативных актов по работе с конфиденциальной информацией (ОК-8).

б) профессиональные (ПК):

  • способен и готов выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности врача, использовать для их решения соответствующий физико-химический и математический аппарат (ПК-2);
  • способен и готов к формированию системного подхода к анализу медицинской информации, опираясь на всеобъемлющие принципы доказательной медицины, основанной на поиске решений с использованием теоретических знаний и практических умений в целях совершенствования профессиональной деятельности (ПК-3);
  • способен и готов проводить и интерпретировать опрос, физикальный осмотр, клиническое обследование, результаты современных лабораторно-инструментальных исследований, морфологического анализа биопсийного, операционного и секционного материала, написать медицинскую карту амбулаторного и стационарного больного (ПК-5);
  • способен и готов проводить патофизиологический анализ клинических синдромов, обосновывать патогенетически оправданные методы (принципы) диагностики, лечения, реабилитации и профилактики с учетом возрастно-половых групп пациентов (ПК- 6);
  • способен и готов проводить судебно-медицинское освидетельствование живых лиц и трактовать результаты лабораторных исследований объектов судебно-медицинской экспертизы, в случае привлечения к участию в процессуальных действиях в качестве специалиста или эксперта (ПК- 8);
  • способен и готов к работе с медико-технической аппаратурой, используемой в работе с пациентами, владеть компьютерной техникой, получать информацию из различных источников, работать с информацией в глобальных компьютерных сетях; применять возможности современных информационных технологий для решения профессиональных задач (ПК-9);*


*продолжение в разделе "Полный текст программы"

Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен:


Знать:

  • Экологические и этические аспекты воздействий физических факторов на человека
  • Основы применения физических факторов для диагностики и лечения: ультразвук, звук, электромагнитные волны, радионуклиды, ионизирующие излучения.
  • Физические параметры, характеризующие функциональное состояние органов и тканей: механические, электрические, электромагнитные, оптические.
  • Физические явления и процессы, лежащие в основе жизнедеятельности организма и их характеристики.
  • Правила техники безопасности при работе с физическими приборами.


Уметь:


  • Измерять физические параметры и оценивать физические свойства –биологических объектов с помощью механических, электрических и оптических методов.
  • Осуществлять математическую обработку результатов измерений. Самостоятельно работать с литературой



Владеть:


  • Навыками пользования измерительными приборами, вычислительными средствами, статистической обработки результатов, основами техники безопасности при работе с аппаратурой.


Трудоемкость дисциплины

Вид учебной работы Всего Семестр 1
Общая трудоемкость дисциплины 108 108
Лекции 24 24
Практические занятия 48 48
Самостоятельная работа 36 36
Формы промежуточного контроля
Зачет +

Структура

Название Лек., ч Пр., ч Лаб., ч Описание
Основы математического анализа
0 4 0 Производные и дифференциалы. Применение методов дифференциального исчисления для анализа функций. Производные сложных функций. Правила интегрирования. Вычисление неопределенных и определённых интегралов. Методы решения дифференциальных уравнений первого порядка с разделяющимися переменными.
Основы теории вероятностей и математической статистики
0 2 0 Понятие о доказательной медицине. Случайное событие. Определение вероятности (статистическое и классическое). Понятие о совместных и несовместных событиях, зависимых и независимых событиях. Теоремы сложения и умножения вероятностей. Непрерывные и дискретные случайные величины. Распределение дискретных и непрерывных случайных величин, их характеристики: математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратичное отклонение. Нормальный и экспоненциальный законы распределения непрерывных случайных величин. Функция распределения. Плотность вероятности. Стандартные интервалы.

Основы математической статистики. Генеральная совокупность и выборка. Объём выборки, репрезентативность. Статистическое распределение (вариационный ряд). Гистограмма. Характеристики положения (мода, медиана, выборочная средняя) и рассеяния (выборочная дисперсия и выборочное среднее квадратическое отклонение). Оценка параметров генеральной совокупности по характеристикам её выборки (точечная и интервальная). Доверительный интервал и доверительная вероятность. Сравнение средних значений двух нормально распределенных генеральных совокупностей.

Механика жидкостей и газов. Биомеханика. Акустика
8 12 0 Физические методы, как объективный метод исследования закономерностей в живой природе. Значение физики для медицины. Механические волны. Уравнение плоской волны. Параметры колебаний и волн. Энергетические характеристики. Эффект Доплера. Дифракция и интерференция волн. Звук. Виды звуков. Спектр звука. Волновое сопротивление. Объективные (физические) характеристики звука. Субъективные характеристики, их связь с объективными. Закон Вебера-Фехнера.

Ультразвук, физические основы применения в медицине.

Физические основы гемодинамики. Вязкость. Методы определения вязкости жидкостей. Стационарный поток, ламинарное и турбулентное течения. Формула Ньютона, ньютоновские и неньютоновские жидкости. Формула Пуазейля. Число Рейнольдса. Гидравлическое сопротивление в последовательных, параллельных и комбинированных системах трубок. Разветвляющиеся сосуды. Закон Гука. Модуль упругости. Упругие и прочностные свойства костной ткани. Механические свойства тканей кровеносных сосудов.

Процессы переноса в биологических системах. Биоэлектрогенез
2 0 0 Биологические мембраны и их физические свойства. Виды пассивного транспорта. Уравнения простой диффузии и электродиффузии. Уравнение Нернста-Планка. Понятие о потенциале покоя биологической мембраны. Равновесный потенциал Нернста. Проницаемость мембран для ионов. Модель стационарного мембранного потенциала Гольдмана-Ходжкина-Каца. Понятие об активном транспорте ионов через биологические мембраны. Механизмы формирования потенциала действия на мембранах нервных и мышечных клеток.
Электрические и магнитные свойства тканей и окружающей среды.
4 9 0 Процессы, происходящие в тканях под действием электрических токов и электромагнитных полей. Частотная зависимость порогов ощутимого и неотпускающего токов. Пассивные электрические свойства тканей тела человека. Эквивалентные электрические схемы живых тканей. Полное сопротивление (импеданс) живых тканей, зависимость от частоты.

Электрический диполь. Электрическое поле диполя. Токовый диполь. Электрическое поле токового диполя в неограниченной проводящей среде. Представление о дипольном эквивалентном электрическом генераторе сердца, головного мозга и мышц. Модель Эйнтховена. Генез электрокардиграмм в трех стандартных отведениях в рамках данной модели.

Основы медицинской электроники.
0 6 0 Основные понятия медицинской электроники. Безопасность и надежность медицинской аппаратуры. Особенности сигналов, обрабатываемых медицинской электронной аппаратурой и связанные с ними требования к медицинской электронике. Принцип действия медицинской электронной аппаратуры(генераторы, усилители, датчики). Техника безопасности при работе с электрическими приборами.
Оптика
6 9 0 Геометрическая оптика. Явление полного внутреннего отражения света. Рефрактометрия. Волоконная оптика. Оптическая система глаза. Микроскопия. Специальные приемы микроскопии.

Волновая оптика. Дифракционная решетка. Дифракционный спектр. Разрешающая способность оптических приборов (дифракционной решетки, микроскопа). Поляризация света. Способы получения поляризованного света. Поляризационная микроскопия. Оптическая активность. Поляриметрия.

Взаимодействие света с веществом. Рассеяние света. Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта-Бэра. Оптическая плотность. Тепловое излучение. Характеристики и законы теплового излучения. Спектр излучения чёрного тела. Излучение Солнца. Физические основы тепловидения.

Квантовая физика, ионизирующие излучения
4 3 0 Электронные энергетические уровни атомов и молекул. Оптические спектры атомов и молекул. Спектрофотометрия. Люминесценция. Закон Стокса для фотолюминесценции. Спектры люминесценции. Спектрофлуориметрия. Люминесцентная микроскопия. Лазеры и их применение в медицине. Понятие о фотобиологических процессах. Избирательность действия света, спектры действия фотобиологических процессов. Медицинские эффекты видимого и ультрафиолетового излучения.

Рентгеновское излучение. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом, физические основы применения в медицине. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Взаимодействие α-, β- и γ-излучений с веществом. Радиолиз воды. Механизмы действия ионизирующих излучений на организм человека.

Дозиметрия ионизирующего излучения. Поглощенная , экспозиционная и эквивалентная дозы. Радиационный фон. Защита от ионизирующего излучения. Физические основы интроскопии: рентгеновская компьютерная томография, магнитно-резонансная томография, позитрон-эмиссионная томография.

Биологическая термодинамика
0 3 0 Общие закономерности превращений энергии, их связь с обменом и транспортом веществ, а также проблемы устойчивости и эволюции биологических систем. Основные физические понятия термодинамики. Понятие энергия, Понятие работы в термодинамике. Законы термодинамики.

Лекции

Название Раздел Количество часов
1 Механические свойства биологических тканей. Реологические модели. Механика жидкостей и газов. Биомеханика. Акустика 2
2 Вязкость. Механика жидкостей и газов. Биомеханика. Акустика 2
3 Колебания, волны. Механика жидкостей и газов. Биомеханика. Акустика 2
4 Звук. Ультразвук. Механика жидкостей и газов. Биомеханика. Акустика 2
5 Действие электромагнитных волн на организм. Электрические и магнитные свойства тканей и окружающей среды. 2
6 Физические основы ЭКГ. Электрические и магнитные свойства тканей и окружающей среды. 2
7 Транспорт. Биопотенциалы. Процессы переноса в биологических системах. Биоэлектрогенез 2
8 Геометрическая оптика. Микроскоп. Оптика 2
9 Взаимодействие света с веществом. Оптика 2
10 Лазер. Квантовая физика, ионизирующие излучения 2
11 Ионизирующее излучение. Квантовая физика, ионизирующие излучения 2
12 Основы томографии. Квантовая физика, ионизирующие излучения 2

Практические работы

Название Раздел Количество часов
1 Производная. Дифференциал. Основы математического анализа 2
2 Интеграл. Дифференциальные уравнения Основы математического анализа 2
3 Основы теории вероятностей Основы теории вероятностей и математической статистики 1
4 Математическая статистика Основы теории вероятностей и математической статистики 1
5 Колебания Механика жидкостей и газов. Биомеханика. Акустика 3
6 Техника безопасности. Импеданс Электрические и магнитные свойства тканей и окружающей среды. 6
7 ЭКГ Электрические и магнитные свойства тканей и окружающей среды. 3
8 Ионизирующее излучение. Рентген. Квантовая физика, ионизирующие излучения 6

Лабораторный практикум

Название Раздел Количество часов
1 Вязкость Механика жидкостей и газов. Биомеханика. Акустика 3
2 Аудиометрия Механика жидкостей и газов. Биомеханика. Акустика 3
3 Теплопродукция Механика жидкостей и газов. Биомеханика. Акустика 3
4 Модуль Юнга Процессы переноса в биологических системах. Биоэлектрогенез 3
5 УВЧ. Импульсные токи. Электрические и магнитные свойства тканей и окружающей среды. 3
6 Лазер Квантовая физика, ионизирующие излучения 3
7 Микроскоп Оптика 3
8 Поляриметр. Рефрактометр. Оптика 3

Литература

Основная
  1. Ремизов А.Н. и др.: Медицинская и биологическая физика: учебник для медицинских вузов. – 7-е изд., М.: Дрофа, 2007. – 558 с.
  2. Ремизов А.Н., Максина А.Г.: Сборник задач по медицинской и биологической физике. – М.: Высшая школа, 1987. – 158 с.
  3. Ремизов А.Н., Максина А.Г.: Сборник задач по медицинской и биологической физике. – 2-е изд., М.: Высшая школа, 2001. – 189 с.
  4. Антонов В.Ф.: Курс лекций для студентов медицинских вузов: учебное пособие. – 3-е изд., М.: ГЭОТАР – Медиа, 2006. – 236 с.
  5. Физика и биофизика: учебник для медицинских вузов. – М.: ГЭОТАР – Медиа, 2008. - 472 с.
  6. Самойлов В.О. Медицинская биофизика: учебник для вузов. – 2-е изд., испр. и доп., СПб.: Спецлит, 2007. – 560 с.
  7. Волобуев А.Н. Основы медицинской и биологической физики. – Самара: ОАО «Издательство «Самарский дом печати», 2008. – 760 с.


Дополнительная
  1. Гаврилов В.В., Соколов Д.В.: Введение в курс медицинской аппаратуры: Пособие для студентов медицинских университетов. – СПб.: СПбГМУ, 1998. – 83 с.
  2. Соколов Д.В. и др.: Некоторые понятия теории ошибок: Пособие для студентов медицинского университета. – СПб.: СПбГМУ, 1999. – 26 с.
  3. Соколов Д.В. и др.: Ультразвук в медицине: основы биофизики, применение. – СПб.: СПбГМУ, 1997. – 62 с.
  4. Лазеры в медицине: Теоретические и практические основы. – СПб.: СПбГМУ, 1998. – 108 с.
  5. Введение в биологическую термодинамику: Учебное пособие. – Л.: I ЛМИ, 1991. - 34 с.
  6. Краткие основы физики ионизирующего излучения, применение его в медицине и нормирование: Пособие для студентов медицинских вузов: - СПб.: СПбГМУ, 2001. – 60 с.
  7. Соколов Д.В. и др.: Краткие основы математики для решения конкретных задач медицины и биологии: Пособие для студентов 1 курса лечебного и стоматологического факультетов. – СПб.: СПбГМУ, 2000. – 61 с.
  8. Соколов Д.В., Марущак В.А. Основы теории вероятностей и математической статистики: Пособие для студентов 1 курса стоматологического факультета и факультета высшего сестринского образования. – СПб.: СПбГМУ, 2007. – 56 с.
  9. Кулинкин Б.С. и др.: Информатика: Пособие для студентов ВСО, - СПб.: СПбГМУ, 2005. – 34 с.
  10. Соколов Д.В. Избранные вопросы биологической термодинамики. Пособие для студентов стоматологического факультета и факультета высшего сестринского образования. – СПб.: СПбГМУ, 2008. – 20 с.