Тематический план
Общее
- Конференция в Zoom.
Тема: Физические основы медицинской интроскопии
Время: проведения занятия в дистанционном формате – по расписанию занятия
Подключиться к конференции Zoom
https://us04web.zoom.us/j/72305599762?pwd=RGQ2enFiVWxDYXc0ZDdQaDNydEZaZz09
Идентификатор конференции: 723 0559 9762
Код доступа: 2q4tT3
Сообщество "Физические основы медицинской интроскопии
https://vk.com/club198153326
Цели и задачи медицинской интроскопии
Определение интроскопии, историческая справка. Методы интроскопии. Принципы регистрации изображения различными методами. Применение интроскопии в медицине, дефектоскопии, системах безопасности.
Физические основы и технические средства оптической когерентной томографий.
В разделе разбираются основы физики ультразвукового излучения, ультразвуковой диагностики. А так же физические основы оптической когерентной томографии
Определите количество энергии, теряемое раздетым человеком за 1 минуту посредством излучения, если температура поверхности тела 36,6°С, а температура окружающей среды 18°С. Площадь поверхности тела принять равной 1,6 м2
Физические основы и технические средства ультразвуковой визуализации
Для ультразвука частотой 800 кГц коэффициент поглощения мышечной ткани равен 0,19 см-1. Определить толщину ткани, соответствующую уменьшению интенсивности ультразвука вдвое.
Головка облучателя ультразвукового генератора имеет диаметр 6 см. Определить энергию, излучаемую за 10 мин, если интенсивность ультразвука 1 Вт/см2. Генератор работает в импульсном режиме с частотой 50 имп/с и длительностью каждого импульса 10 мс
При диагностировании патологического изменения в тканях организма ультразвуковым методом отраженный сигнал был принят через 5∙10-5с после излучения. На какой глубине в тканях была обнаружена неоднородность? Скорость ультразвука принять равной 1540 м/с.
Некоторый объект, движущийся со скоростью 20 м/с, издает звуковой сигнал в течение 2 с. Какова продолжительность звука, воспринятого неподвижным наблюдателем? Рассмотреть два случая: а) источник звука приближается к наблюдателю; б) источник звука удаляется от наблюдателя.
Ультразвуковая волна, имеющая частоту 0,5 МГц и амплитуду 0,01 мм, распространяется в упругой среде. Определите длину ультразвуковой волны, если скорость ее распространения равна 1500 м/с.
Для ультразвука частотой 3 МГц показатель его поглощения в мышечной ткани равен 0,7 см-1. При какой толщине ткани интенсивность ультразвука уменьшается в двое?
Определите глубину нахождения инородного тела в мышечной ткани, если при ультразвуковой локации зафиксировано появление ультразвукового отраженного импульса через 20 мкс. Скорость звука в мышечной ткани принять 1500 м/с
Определите коэффициент отражения ультразвуковой волны на границе раздела мышца-кость. Считайте плотность кости 2 г/см3, мышцы – 1,2 г/см3. Примите скорость распространения акустических волн в кости равной 4 км/с, а в мышце – 1,6 км/с.
В доплеровском флоумере используется частота генератора 80 кГц. Какие частоты зафиксирует прибор при отражении от движущихся со скоростью 0,6 м/с эритроцитов в двух случаях: при движении кровотока по направлению к датчику и по направлению от датчика. Скорость распространения ультразвука в крови принять равной 1500 м/с.
Определите разность фаз колебаний ультразвукового датчика, находящегося в жидкой среде, и точки этой среды, отстоящей на расстоянии 0,3 м от источника. Частота колебаний равна 5 МГц; волны распространяются со скоростью 1500 м/с
Физические основы и технические средства рентгеновской визуализации. КТ-томография
Физические основы рентгеновской интроскопии. Обработка и анализ визуальной информации. Компьютерная томография. Эмиссионная томография
Определите активное сопротивление катушки индуктивности электромагнитного реле в схеме рентгеновского аппарата, если индуктивность составляет 150 Гн, ток I = 2,5 мА, напряжение U =120 В, частота n = 50 Гц.
Физические оновы и технические средства ядерно-магнитно-резонансной томографии
Взвешенность и контрастность изображения. Кодирование сигнала и формирование изображения. Параметры и компромиссы выбора. Импульсные последовательности. Феномены потока. Артефакты и пути их устранения. Использование контрастирующих агентов в МРТ. Получение функциональных изображений. Техника безопасности МРТ.
Проволочноe кольцо радиусом r = 3 см находиться в однородном магнитном поле напряженностью Н = 105 А/м. Плоскость кольца составляет угол 30о с линиями напряженности. Вычислите магнитный поток, пронизывающий поток. Окружающая среда – воздух.
Токи I1 и I2 текут по двум одинаковым виткам радиуса R с общим центром в перпендикулярных плоскостях. Найти величину индукции магнитного поля, созданного этими токами в центре витков. I1 = 2 А, I2 = 1 А, R = 1 м
Покажите, что линейно-поляризованное переменное магнитное поле можно представить как сумму двух вектров В11 и В12 вращающихся в противоположных направлениях.
Выведите формулы
и 
,где
– момент сил (вращательный момент) в магнитном поле 
, действующий на магнитный момент μ.Используя гиромагнитные отношения γ вычислите частоты Лармора ν0 (в Гц) для ядер 1Н, 19F, 7Li, 23Na в магнитном поле В0 равном 1 Тл:
- 1Н, γ = 26,752196 ·107 рад·Тл-1·с-1;
- 19F, γ = 25,18147 ·107 рад·Тл-1·с-1;
- 7Li, γ = 10,39758 ·107 рад·Тл-1·с-1;
- 23Na, γ = 7,080416 ·107 рад·Тл-1·с-1.
Докажите соотношение – связь скорости изменения момента импульса во вращающейся системе координат со скоростью изменения момента импульса в лабораторной системе координат:
Объясните факт исчезновения магнитного поля во вращающейся системе координат с позиции классической механики
Покажите, что решение уравнения
имеет вид 
При решении используйте условие 
Метаматериалы в МРТ
Российские ученые совместно с голландскими коллегами усовершенствовали технологию МРТ при помощи метаматериалов.
Международный коллектив ученых из Нидерландов и России впервые испытал на людях новую технологию для усиления чувствительности МРТ-сканера с помощью метаповерхности – тонкой периодической структуры из медных полосок-резонаторов. Поместив разработанную подложку под голову пациента, исследователи получили более качественные изображения его головного мозга.
Магнитно-резонансная томография (МРТ) – широко распространенный в медицине метод визуализации внутренних органов, который позволяет диагностировать раковые опухоли, а также повреждения головного мозга и скелета. Однако МРТ-исследование занимает больше времени, чем компьютерная томография или УЗИ. В течение 25–50 минут человек должен неподвижно лежать в тесном аппарате, что дискомфортно для пациента и создает очереди в больницах. Это связано с тем, что у явления магнитного резонанса малое соотношение сигнал/шум и, чтобы его повысить, нужно накапливать сигнал.
Магнитно-резонансный томограф основан на эффекте так называемого ядерно-магнитного резонанса. Во время сеанса томографии мозг или другие органы человека облучаются радиоволнами в присутствии мощного постоянного магнита, в результате чего ядра водорода и других атомов в тканях тела начинают "вибрировать", излучая или поглощая волны определенной частоты. Наблюдая за этими волнами, ученые могут вычислить положение таких атомов, температуру тканей и другие свойства исследуемого органа, в том числе и то, как микроволновое излучение влияет на работу клеток. Для работы МРТ-сканеров используются мощные магниты на базе сверхпроводников, что ограничивает сферу применения этого оборудования и делает его эксплуатацию достаточно дорогой.
Специалистам Медицинского центра Лейденского Университета в Нидерландах и Университета ИТМО в Санкт-Петербурге впервые удалось ускорить процедуру МРТ-сканирования человека с помощью метаповерхности – периодической структуры из медных полосок. Ученые прикрепили эти полоски к гибкой и тонкой подложке, чтобы внедрить разработанное устройство в приемные МР-катушки аппарата.