Тематический план

  • Общее

    Целью изучения дисциплины "Оптика и лазерная физика в медицине является формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков для решения широкого спектра задач в различных областях медицинской физики (биомедицинской оптики, биофотоники, лазерной биофизике и применение лазеров в биомедицине).

    Результатом изучения курса является формирование следующих знаний, умений и навыков:

    1. Знать - теоретические основы оптики биологических тканей, лазерной физики, современных медицинских технологий, основанных на последних достижениях физики, включая оптику;
    2. Уметь - понимать, излагать и критически анализировать оптико-физическую информацию для биологических тканей, использовать основные приемы обработки экспериментальных данных и методов визуализации, решать задачи, по основным разделам используя физико-математические методы, использовать физические законы при анализе и решении проблем.
    3. Владеть - методами обработки и анализа экспериментальной и теоретической физической информации (планирование,  постановка и обработка эксперимента)
  • Физика лазеров

    1. Общие вопросы. Процесс лазерного излучения, активные среды.

    2. Условия обеспечения генерации. Оптический резонатор и лазерное излучение. Открытые резонаторы. Гауссовы пучки. Неустойчивые резонаторы.  Тепловая линза. Волноводные резонаторы.

    3. Режимы работы лазеров. Приближенные уравнения для описания динамики процессов в лазерах (балансные уравнения). Режим свободной генерации. Активная модуляция добротности  резонатора. Лазеры с просветляющим фильтром. Продольные и поперечные моды.

    4.  Твердотельные лазеры:

    • лазер на аллюмо-иттриевом гранате (ND: YAG);
    • импульсные твердотельные лазеры в ближнем ИК-диапазоне с  добавками туллия, гольмия, эрбия в лазерном кристалле.

    5. Лазеры на органических красителях. Газовые лазеры:

    • газовые лазеры с широкополосной оптической накачкой;
    • накачка с использованием самостоятельного электрического заряда в разреженных газах;
    • электроионизационные лазеры;
    • газодинамические лазеры;
    • лазер на ионах аргона и криптона. Лазер гелий-неоновый. СО2-лазер.

    6. Химические лазер. Плазменные лазеры

  • Лазерная медицинская аппаратура

    1. Технические основы медицинских лазеров:

    • базовый аппарат;
    • лазерный излучатель;
    • лазерная система на основе ND:YAG с регулировкой дозы воздействия  для   рассечения ткани.

    2. Системы доставки излучения:

    • шарнирные манипулятор;
    • световоды

    3. Оптические наконечники (оконечные устройства):

    • аппликаторы с расходимостью лазерного луча;
    • аппликаторы с фокусировкой;
    • контактные аппликаторы.
    • Лазерные методы исследования в медицине

      1. Диагностические методы, использующие упругое рассеяние;
      2. Лазерная спектроскопия квазиупругого рассеяния;
      3. Интерферометрические и голографические методы диагностики;
      4. Абсорбционные и калориметрические методы диагностики;
      5. Лазерная спектроскопия комбинационного рассеяния;
      6. Лазерный флуоресцентный анализ.
      • Введение в оптику биологических тканей

        1. Оптические свойства биологических тканей с многократным рассеянием.
        2. Распространение поляризованного света в биологических тканях.
        3. Дискретные модели биологических тканей.
        4. Оптическое, оптоакустическое и акустооптическое взаимодействие света с биотканями.
        5. Флуоресценция и неупругое рассеяние света.
        6. Фантомы биологических тканей
        7. Методы и алгоритмы для измерения оптических параметров биологических тканей.
        8. Эффекты когерентности света при взаимодействии  лазерного излучения с биотканями и потоками клеток.
        9. Управление оптическими свойствами биологических тканей
        • Методы рассеяния света и медицинская диагностика

          1. Спектроскопия и визуализация биотканей в стационарном режиме;
          2. Спектроскопия и томография с разрешением во времени и пространстве;
          3. Поляризационно-чувствительные методы;
          4. Когерентные методы и устройства для биомедицинской диагностики и визуализации;
          5. Оптическая когерентная томография и гетеродинная визуализация.
          • Механизм воздействия лазерного излучения на биоткани

            1. Свойства биологических тканей:

            • оптические свойства тканей;
            • термические свойства тканей.

            2. Фотохимические воздействия:

            • фотоиндуцированная изомеризация;
            • фотоиндуцированная диссоциация;
            • фотоиндуцированный синтез;
            • биостимуляция;
            • фотодинамическая терапия.

            3. Тепловые воздействия лазерного излучения.

            4. Механическое воздействие лазерного излучения.

            5. Нелинейные процессы:

            • фотоабляция;
            • оптический пробой;
            • плазма.
            • Курсовой проект

            • Экзамен