litceysel.ru 1


ПРОГРАММЫ УЧЕБНЫХ КУРСОВ ДЛЯ АСПИРАНТОВ

кафедры медицинской физики физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова

(осенний семестр – 36 часов (1 пара в неделю))


1. Биология, анатомия и физиология человека - Физиология

(канд.биол.наук Н.Е.Чепурнова)

Нервная и гормональная регуляция физиологических функций. Рефлесы. Гомеостаз. Онтогенетическое становление физиологических функций. Структурно-функциональный и молекулярно-генетические подходы в изучении физиологических регуляций.

Раздел I. Общая физиология возбудимых клеток.

Нейронная организация нервной системы. Структура нервных клеток. Аксоны, дендроны. Организация связей между нервными клетками. Принцип работы нервной клетки. Процесс возбуждения и основные его свойства. Электрическое проявление процесса возбуждения. Потенциал действия и потенциал покоя.

Механизмы синаптической передачи. Нервно-мышечный синапсис и синапсы ЦНС. Медиаторы. Пресинаптические процессы. Миниатюрные потенциалы. Свойства постсинаптической мембраны. Ионные механизмы синаптической передачи между нейронами, пресинаптическое торможение. Электрический синапс.

Мышечное сокращение. Моторная единица. Мышечное волокно. Миофибриллы. Саркомер, физико-химичесие данные о механизме мышечного сокращения. Тубулярный аппарат. Эндоплазматический ретикулум, его роль в инициации сокрашения и расслаблении миофибрилл. Одиночное и тетаническое сокращение мышцы.

Уравнение Хилла. Модель скользящих нитей. Математическая модель Дощеревского. Взаимодействие актина и миозина при скольжении нитей.

Раздел II. Физиология вегетативных процессов.

Кровь и кроветворение. Регулирование жидкого состояния крови. Депонирование крови. Группа крови и резус-фактор. Иммунитет и проблемы трансплантации.

Дыхание. Транспорт и обмен кислорода и углекислого газа. Буферные системы крови. Легочная ветиляция, регуляция ритмических дыхательных соращений. Дыхательный центр, рефлесы, управляющие дыханием. Взаимосвязь дыхания и ровообращения.


Кровообращение и регуляция сердечно-сосудистой системы. Автоматия сердца, формирование и регуляция сердечного ритма. Эмбриогенез сердца, становление насосной функции. Большой и малый круг кровообращения. Строение сосудистого русла, капилярное ровообращение. Симпатическая и паросимпатическая инервация сердца и сосудов. Роль внутрисердечной нервной системы. Особенности переферичесого кровообращения в тканях и органах. Лимфатическая система.

Пищеварение, строение отделов пищеварительного тракта. Механизм сокотделенния, регуляция секреторной деятельности. Гастроинтестинальные пептиды. Функции печени. Полостное и пристеночное пищеворение. Всасывание.

Выделительные процессы. Конечные подукты обмена веществ. Стоение и функции почек, эндокринная функция. Нервно-гуморальная регуляция. Искуственная почка. Потовые железы и потоотделение.

Внутреняя секреция и физиология размножения. Эндокринная система. Строение желез внутренней секреции. Роль гормонов в организме. Принципы нейроэндокринных регуляций (гормон-ген-фермент). Механизмы действия гормонов. Рецепторы гормонов.

Гипотоламо-гипофизарная система. Нейросекреция. Релизинг-факторы (либерин и статины). Передняя доля гипофиза: гормон роста, АКТГ, тиреотропный гормон, гонадотропины, пролактин. Гормон средней доли гипофиза. Задняя доля гипофиза: выделение окситоцина и АДГ.

Гормоны половых желез (андрогены, эстрогены, прогестерон).

Гормональные регуляции при беременности. Плацента.

Надпочечники. Гормоны хромафинных клеток мозговой части: гормоны коркового слоя (минералокортикоиды, глюкортикоиды). Роль гипоталамо-гипофизарного-надпочечниковой системы в реакциях организма на стрессорные воздействия.

Физиология щитовидной железы. Паращитовидные железы. Регуляция обмена кальция. Эндокринная функция поджелудочной железы. Эпифиз и биологичесие часы. Вилочковая железа. Тканевые гормоны (простагландины).

Раздел III. Физиология центральной нервной системы.


Центральное возбуждение и центральное торможение. Общие закономерности деятельности нервных центров. Нервно-глиальные взаимоотношения. Регенеративные процессы в ЦНС.

План строения вегетативной нервной системы. Соматические и висцеральные рефлексы.

Спинной мозг. Рефлексы с различных рецептивных полей. Координация сокращения мышц антагонистов (роль проприорецептеров и суставных рецепторов). Гамма-эффекторная система. Элементы локомоторного акта, обеспечиваемых спинным мозгом. Спинальное животное. Рефлекторный тонус скелетной мускулатуры.

Супраспинальное управление движением. Ходьба. Мозжечок. Афферентные связи. Клеточное строение коры мозжечка. Взаимоотношения с вестибулярными ядрами, красным ядром, ретикулярной формацией, корой. Мозжечковые растройства у человека.

Ствол мозга. Механизм поддержания позы у человека и животного.

Тонические рефлексы. Рефлексы с шейных мышц. Лабиринтные и глазо-двигательные рефлексы. Руброспинальный путь.

Октаво-латеральная система продолговатого мозга. Вестибулярные ядра. Физиологические изменения при перегрузках, невесомость в длительном космическом полете.

Продолговатый мозг. Рефлекторные и "автоматические" центры. Сосудодвигательные и дыхательные центры. Ядра черепномозговых нервов, лежащие на уровне продолглватого мозга. Центры речевых движений.

Ретикулярная формация стволового мозга. Области ее расположения и соотншения со специфическими афферкнтными системами. Нисходящие влияния на спиномозговые рефлексы и на вегетативные функции. Восходящее активирующее влияние на коро больших полушарий. Десинхронизирующее и синхронизирующее влияния. Современные представления о механизмах и особенностях "парадоксальных" и "медленной" фаз сна. Пептиды "сна". Нейрохимия восходящих систем.

Гипотоламус как высший центр вегетативных регуляций. Интеграция вегетативных, нейроэндокринных процессов и поведения. Связь с корой мозга нижележащими отделами. Роль в регуляции дыхания, ровообращения, терморегуляции. Нецкосекреторная функция гипотоламуса. Половая дифференцировка гипотоламуса в онтогенезе.


Мотивация, области положительного и отрицательного подкрепления. Диэнцефальный синдром у человека.

Лимбическая система мозга. Комплекс физиологических функций,

регулируемых этой системой. Положительные и отрицательные эмоциональные состояния. Миндалевидный комплекс ядер. Связь с новой корой. Гипокамп. Поясная извилина. Лимбическая система и мотивация поведения. Эмоциональная память и эмоциональный стресс. Системная организация пищевого, питьевого и полового поведения. Роль коры.

Стриопалидарная система. Функция хвостового ядра и особенности

нейрохимии стриатума.

Кора больших полушарий. Древний плащ и его последующее развитие. Электрофизиологические сведения о коре больших полушарий (первичные ответы, основные ритмы энцифолограммы, механизмы эпилентогенеза, исследование активности отдельных нейронов, прямой ответ коры на электрическое раздрожение).

Произвольные движения (нейрофизиологические механизмы). Кора и регуляция вегетативных процессов. Ассоциативные области коры.

Проблема мозгового кровообращения. Гематоэнцифалический барьер.

Онтогенетическое развитие мозга и функциональное созревание системы.

Биоритмология. Физиологические механизмы адаптации чаловека к действию физических факторв.


2. Основы молекулярной биологии

(канд.биол.наук В.В.Асеев)


1. Введение, репликация ДНК.

2. Репарация ДНК, рекомбинация.

3. Транскрипция, процессинг первичных транскриптов.

4. Плазмиды и мобильные генетические элементы бактерий.

5. Геном эукариот

6. Регуляторные элементы генов эукариот, регуляция транскрипции генов, процессинг.

7. Вирусы эукариот.

8. Методы исследования структуры ДНК.

9. Методы исследования экспрессии ДНК.


3. Основы нелинейной динамики

(канд.физ.-мат. наук А.А.Бутылин)


Одномерные системы. Двумерные системы. Фазовая плоскость. Параметрическое пространство. Линеаризация. Особые точки, предельные циклы. Устойчивость. Функция Ляпунова. Индексы Пуанкаре. Бифуркации. Теория "катастроф". Системы размерности выше двух. Фазовое пространство. Странные аттракторы. Функция последования. Точечные отображения. Сценарии перехода к хаосу. Фракталы. Редукция многомерных систем. Теорема Тихонова. Особенности биологических систем. Иерархия времен. Распределенные системы. Активные среды. Пространственные эффекты. Реакция Белоусова- Жаботинского. Автоволны. Ведущие центры и ревербераторы. Фазовые переходы. Активные среды в биологии, моделирование.


4. Физические методы в биологии и медицине

(док. физ.-мат. наук, академик РАН В.Я.Панченко)

1. Биофизика неионизирующих излучений.

2. Оптическое излучение. Взаимодействие излучения с биотканью.

3. Применение инфракрасного излучения в медицине.

4. Лазерные, оптоакустические и оптические приборы медицинской диагностики 4. Лазерные методы в биологии и медицине.

5. Применение лазерных методов в офтальмологии.

6. Лазерная хирургия – приборы и материалы.

7. Применение лазерных методов в онкологии. Реконструктивная биотехнология.

8. Лазерные системы для трансмиокардиальной реваскуляризации миокарда

9. Гипертермия хрящевых тканей

10. Синтез новых минерал-полимерных композитов для имплантологии и тканевой инженерии.

11. Применение постоянных и импульсных электромагнитных полей в медицине.

12. Лазерно-информационные технологии дистанционного биомоделирования трехмерных объектов. Лазерная стереолитография.

13. Оптико-информационные методы исследования биообъектов.


5. Основы интроскопии.

(канд.ф.-м.н. Е.Е.Берловская)

1. Введение. Методы визуализации изображений.


2. Получение ретгеновского излучения.Механизмы поглощения рентгеновского излучения . Спектры рентгеновского излучения.Принципы Компьютерной рентгеновской томографии. Математические методы решения обратной задачи восстановленияизображения.

3.  Дозиметрия ионизирующего излучения.

4. Радиактивный распад и определение периода полураспада. Поглощение гамма излучения.Комтон эффект и образование электронно-позитронных пар.

5. ПЭТ томография. Циклотрон и получение короткоживущих изотопов.Биохимическая автоматическая станция получения меченых соединений. Конструкция ПЭТ томографа.Диагностические возможности ПЭТ томографии.

6. Физика ядерного магнитного резонанса(ЯМР).Уравнения Блоха и Бломбергена, продольная и поперечная ЯМР релаксация.Принципы магнитной резонансной томографии (МРТ).Использование частотного и фазового кодирования и метода преобразоания Фурье для получения трехмерного изображения.Диагностические возможности метода МРТ.

7. Физика электронного парамагнитного резонанса(ЭПР).Принципы получения двумерного изображения концентрации в тканях свободнорадикальных молекул, таких как активный кислород и активный азот. Эксперименты по ЭПР томографии на животных.

8. Поглощение и рассеяние света в тканях.Особенности спектров поглощения гемоглабина в окисленнойц и восстановленной форме и использование аномалии кровеснабжения быстро растущих раковых опухолей для их диагностики.

9. Импульсные лазерные методы оптической томографии. Уравнения диффузии рассеянных фотонов.Использование получаемых временных параметров запаздывающих фотонов для медицинской диагностики.

10. Физика флуоресценции. Поляризационные методы Левшина – Перрена для определения вращательной диффузии молекул. Метод Вебера-Лаковича модуляции лазерного света для получения значений времени затухания флуоресценции. Использование этого метода для получения двумерного изображения.Диагностические возможности метода.


6. Физиологическая оптика

(канд. физ.-мат. наук А.В.Ларичев)


Анатомическое строение глаза. Основы физиологии зрения. Рецептивные поля, стереоскопическое зрение.

Типы фоторецепторов, их распределение по сетчатке. Трихроматическая теория цветового зрения. Теория аккомодации.

Основные заболевания глаза. Нарушения рефракции: миопия, гиперметропия, астигматизм. Катаракта, типы интраокулярных линз, факоэмульсификация. Глаукома, основные гипотезы, методы лечения. Ретинопатия, макулодистрофия.

Законы преломления и отражения. Расчет хода лучей в оптических системах. Случай сферических и асферических поверхностей.

Кардинальные точки и плоскости оптической системы.

Входной и выходной зрачки. Виньетирование в оптических системах. Практические методы измерения параметров оптических систем.

Сферические и асферические поверхности в оптике. Конические сечения. Основные свойства асферических поверхностей.

Понятие об аберрациях оптической системы. Теория аберраций Зайделя. Геометрические поперечные и продольные аберрации

Аберрации 3-го порядка, их основные свойства. Волновые аберрации. Связь волновых и геометрических аберраций. Полиномы Цернике.

Дисперсия оптических материалов. Хроматические аберрации. Методы ахроматизации оптических систем.

Дифракционная теория формирование изображений в оптических системах.

Понятие о функции рассеяния точки, оптической передаточной функции. Зависимость оптической передаточной функции от аберраций оптической системы. Передаточная функция при дефокусировке.

Объективные методы измерения рефракции. Скиаскопия. Инфракрасная рефрактометрия. Измерение ретинальной остроты зрения. Визометр Лотмара.

Методы измерения аберраций глаза. Метод Чернига. Эксперименты Смирнова. Метод Шака-Гартмана. Автоматическая скиаскопия. Метод лазерной трассировки лучей.


Методы измерения параметров роговицы. Кератотопограф. Кератометрический коэффициент преломления. Методы расчета оптической силы.

Оптические модели глаза.

Приборы для исследования сетчатки. Офтальмоскоп. Офтальмоскопические линзы.

Фундус-камера. Флуоресцентная томография. Лазерный сканирующий офтальмоскоп. Конфокальная фильтрация.

Принципы когерентной оптической томографии. Источники излучения. Методы обработки и регистрации – «time-domain» и «spectal-domain». Предельное разрешение при когерентной томографии.

Методы лазерной хирургии при лечении заболеваний глаза. Рефракционная хирургия. Процедуры ЛАСИК, ФРК, ЛАЗЕК. Применение фемтосундных лазеров.

Методы адаптивной оптики в офтальмологии. Персонализированная коррекция зрения. Адаптивная оптика для исследования сетчатки.


7. Методы обработки изображений в медицине

(канд. физ.-мат. наук Н.Г.Ирошников)

Описание курса

Данный курс представляет основы цифровой обработки сигналов с упором на проблемы в биомедицинских исследованиях и клинической медицине. Он охватывает принципы и алгоритмы для обработки как детерминированных, так и случайных сигналов. Темы включают: сбор данных, обработка изображений, фильтрация, кодирование, анализ специфических данных и моделирования.

Темы лекций


  1. Основы детерминированных сигналов и обработки изображений

    • Сбор информации: выборка во времени, искажение информации, псевдоним, интерполяция и квантование.

    • Цифровая фильтрация: разностных уравнений, КИО и БИО фильтры, основные свойства систем дискретного времени, сверткa.

    • ДПФ: дискретно-временное преобразование Фурье и его свойства. FIR filter design using windows. Оконный КИО фильтр.
    • ДПФ: Дискретное преобразование Фурье и его свойства, быстрые преобразования Фурье (БПФ), устойчивые алгоритмы, цифровая фильтрация непрерывных сигналов времени.


    • Выборка: Отбор и наложение по времени и частоте, спектральный анализ.

    • Обработка изображений I: Фильтрация и методы Фурье для 2-D сигналов и систем.

    • Обработка изображений II: Интерполяция, методы снижения шума, обнаружение края, гомоморфная фильтрация.

  2. Теория вероятностей и случайных сигналов

    • ФПВ: Введение в случайные величины и функции плотности вероятности.

    • Классификация: правило Байеса, детектирование, статистическая классификация.

    • Оценка ФПВ: Практические методы для оценки ФПВ по реальным данным.

    • Случайные сигналы I: Средние по время, средние по ансамблю, автокорреляционной функции, кросскорреляционной функции.

    • Случайные сигналы II: Случайные сигналы в линейных системах, мощность спектра, кросс-спектров, фильтры Винера.

    • Слепое разделение источников: Использование анализа основных компонент (АОК) и анализ независимых компонент (АНК) для фильтрации.

  3. Сегментация и регистрация изображений.

    • Сегментация изображений: статистическая классификация, морфологические операторы, связанные компоненты.

    • Регистрация изображений I: жесткие и не жесткие преобразования, целевая функция.

    • Регистрация изображений II: Совместная энтропия, методы оптимизации. Обработка изображений, оптимальная фильтрация, краевые эффекты. Слепая деконволюция, метод фазовой модуляции, пирамидальная фильтрация.


Литература

Oppenheim, A. V., and R. W. Schafer, with J. R. Buck. Discrete-Time Signal Processing. 2nd ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1999. ISBN: 9780137549207.

Papoulis, A., and S. U. Pillai. Probability, Random Variables, and Stochastic Processes. New York, NY: McGraw Hill, 2001. ISBN: 9780072817256.


Siebert, W. M. Circuits, Signals and Systems. Cambridge, MA: MIT Press, 1985. ISBN: 9780262192293.

Oppenheim, A. V., and A. S. Willsky, with H. Nawab. Signals and Systems. 2nd ed. Upper Saddle River: Prentice-Hall, 1996. ISBN: 9780138147570.

Karu, Z. Z. Signals and Systems Made Ridiculously Simple. Huntsville, AL: ZiZi Press, 1995. ISBN: 9780964375215.

Duda, R., and P. Hart. Pattern Classification and Scene Analysis. New York, NY: John Wiley & Sons, 1973. ISBN: 9780471223610.

Duda, R., P. Hart, and D. Stork. Pattern Classification. 2nd ed. New York, NY: John Wiley & Sons, 2000. ISBN: 9780471056690.

Bishop, C. Neural Networks for Pattern Recognition. New York, NY: Oxford University Press, 1996. ISBN: 9780198538646.


Nabney, I. Netlab: Algorithms for Pattern Recognition. 3rd ed. New York, NY: Springer, 2004. ISBN: 9781852334406.

Clifford, G., F. Azuajae, and P. McSharry. Advanced Methods and Tools for ECG Data Analysis. Norwood, MA: Artech House, 2006. ISBN: 9871580539661.

Rabiner, L. R., and R. W. Schafer. Digital Processing of Speech Signals. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1978. ISBN: 9780132136037.

Quatieri, T. F. Discrete-Time Speech Signal Processing: Principles and Practice. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 2001. ISBN: 9780132429429.

Lim, J. S. Two-Dimensional Signal and Image Processing. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1989. ISBN: 9780139353222.

Gonzalez, R., and R. E. Woods. Digital Image Processing. 2nd ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 2002. ISBN: 9780201180756.


Epstein, C. L. Mathematics of Medical Imaging. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2003. ISBN: 9780130675484.

Webb, S. The Physics of Medical Imaging. New York, NY: Taylor & Francis, 1988. ISBN: 9780852743492.

Westbrook, C., C. Kaut Roth, and T. Talbot. MRI in Practice. 3rd ed. Malden, MA: Blackwell Science, Inc., 2005. ISBN: 9781405127875.

Macovski, A. Medical Imaging Systems. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1983. ISBN: 9780135726853.


7. Методы компьютерной разработки новых лекарств

(док.физ.-мат. наук В.Б.Сулимов)

Описание курса. Цель настоящего курса – показать, каким образом современные методы молекулярного моделирования могут быть использованы при разработке новых лекарств. Показать какую роль играют квантовая механика и методы квантовой химии, молекулярная механика и методы молекулярной динамики в конструировании ингибиторов для заданных белков-мишеней. В лекциях предполагается дать представление о важнейших шагах подготовки белков-мишеней, конструировании молекул-лигандов, их докинге в активные центры белков-мишеней и стратегиях виртуального скрининга больших баз молекулярных структур. Основы учета влияния растворителя при докинге.



Лекция № 1. Роль молекулярного моделирования при разработке новых лекарств.

Лекция № 2. Компьютерные разработки новых ингибиторов. Пример успешной разработки.

Лекция № 3. Молекулы, молекулярные группы, белки и их активные центры.

Лекция № 4. Методы квантовой химии I.

Лекция № 5. Методы квантовой химии II.

Лекция № 6. Методы квантовой химии III.

Лекция № 7. Типы связей между атомами и молекулами.

Лекция № 8. Силовые поля, докинг, скоринг.

Лекция № 9. Докинг с ограничениями и разработка синтетических вакцин. Методы молекулярной динамики.

Лекция № 10. Методы молекулярной динамики. Метод Монте Карло. Континуальная модель растворителя.


Зав. кафедрой

медицинской физики

профессор В.Я.Панченко