Программа государственного экзамена для БМТ 1 и 2

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования«Московский государственный технический университетимени Н.Э. Баумана»(МГТУ им.Н.Э.Баумана)УТВЕРЖДАЮПервый проректор —проректор по учебной работеМГТУ им. Н.Э. Баумана_______________ Е.Г. Юдин«___» «___________» 2006 г.Дисциплина для учебного плана специальности(ей): 20030062Программа государственного экзаменаАвтор(ы): Дьяченко А.И, Жорина Л.В., Карпухин В.А., Квашнин С.Е., Лужнов П.В.,Нестеров А.В., Сафонова Л.П., Сергеев И.К., Спиридонов И.Н., Щукин С.И.Кафедра БМТ-1, «Биомедицинские технические системы»Кафедра БМТ-2, «Медико-технические информационные технологии»Москва, 2006Программа государственного экзамена по специальности 20030062БМТ-1, БМТ-2Программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшегопрофессионального образования в соответствии с требованиями к обязательному минимумусодержания основной образовательной программы по направлению подготовки бакалавра200000 «Приборостроение и оптотехника» по специальности 20030062 «Биомедицинскаяинженерия», квалификация «бакалавр техники и технологии».Государственный экзамен является частью итоговой государственной аттестации специалиста.Программа государственного экзамена охватывает основные специальные дисциплиныподготовки бакалавров по направлению «Биомедицинская инженерия»: «Биофизика», «Основывзаимодействия физических полей с биообъектами», «Методы обработки биологическихсигналов», «Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы», «Электроника имикропроцессорнаятехника»,«Основымедицинскойакустики»,«Биомеханика»,«Биотелеметрия».В экзаменационный билет включается 6 вопросов – по одному теоретическому вопросу изкаждого раздела и по одной задаче из каждого раздела.Экзамен проводится в письменной форме.

На ответы на вопросы билета отводиться четыреакадемических часа. Экзамен сдается во время экзаменационной сессии по окончании 4-го годаобучения. Экзамен принимает ГЭК. Результаты экзамена оглашаются не позднее чем через трирабочих дня, отсчет дней начинается со дня, следующего за днем сдачи экзамена.Раздел 1.

Цель государственного экзамена.Целью итоговой государственной аттестации является установление уровней теоретическойподготовки выпускника МГТУ им. Н.Э.Баумана к выполнению профессиональных задач исоответствия его подготовки требованиям государственного образовательного стандартавысшего профессионального образования.

(см. «Положение об итоговой государственнойаттестации выпускников МГТУ имени Н.Э.Баумана» от 20.03.2006).Раздел 2. Знания и умения выпускника.2.1. Выпускник должен знать:► общие математические и естественно-научные дисциплины: «Биофизика», «Основывзаимодействия физических полей с биообъектами»;► общепрофессиональные дисциплины: «Методы обработки биологических сигналов»,«Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы», «Электроника имикропроцессорная техника»;► специальные дисциплины: «Основы медицинской акустики», «Биомеханика»,«Биотелеметрия».2.2.

Выпускник должен уметь:► уметь решать типовые задачи по специальным дисциплинам.Понятия: спектр прямоугольного периодического колебания; аппроксимация гармоническогосигнала; дискретное преобразование Лапласа; ультразвуковые медицинскиеколебательные системы; акустическая волна и т.п.документ из 14 страниц2Программа государственного экзамена по специальности 20030062БМТ-1, БМТ-2Раздел 3.

Общие математические и естественно-научные дисциплины§ 3.1. БиофизикаДиффузия и электродиффузия. Электродиффузионное уравнение Нернста-Планка.Механизм электрогенеза в клетках. Равновесный потенциал Нернста. Стационарныйпотенциал Гольдмана-Ходжкина-Катца. Механизмы активного транспорта.

Физическиемеханизмы формирования потенциала покоя клетки. Физические механизмы формированияпотенциала действия клетки. Распространение потенциала действия по нервному волокну.Физические механизмы формирования сигнала ЭКГ. Эквивалентный диполь сердца.труктурасократительного аппарата. Механика и энергетика мышечного сокращения.

Кинетическаятеория мышечного сокращения (по В. И. Дещеревскому).§ 3.2. Основы взаимодействия физических полей с биообъектамиВиды физических полей и их основные характеристики. Физико-математическое описаниеэлектромагнитных полей (ЭМП). Волновые свойства ЭМП. Уравнения Максвелла.Квантовые свойства ЭМП. Полуклассическое описание взаимодействие ЭМП сбиообъектами. Основные эффекты при распространении ЭМП и на границе с биообъектом:дифракция, интерференция, рассеяние, поляризация.

Резонансное и нерезонансноевзаимодействие. Когерентные свойства ЭМП и биосреды. Условие когерентностивозбуждения биообъектов и сопутствующие эффекты: автоколебания, фотонное эхо,сверхизлучение и т.п. Распределение поглощенной энергии в биообъекте. Основные каналыпреобразования поглощенной энергии в биообъекте.

Методики оценки квантовых выходовкаждого канала и кинетики преобразования энергии.Обобщенная схема взаимодействия ЭМП с биообъектом и ее основные стадии:фотофизическая, физико-химическая, биохимическая и физиологическая. Спектр ЭМП испецифика взаимодействия в различных спектральных диапазонах.Определение и классификация ионизирующих излучений, их краткая характеристика.Типы рентгеновского излучения. Физические принципы формирования тормозного ихарактеристического излучения. Особенности гамма- и синхронного излучений.Рентгеновские лазеры. Дозиметрия ионизирующих излучений. Определение поглощенной иэкспозиционной доз.

Биологическая активность различных видов излучений. Понятие обэквивалентной дозе и коэффициенте относительной биологической эффективности. Единицыизмерения. Типовые значения доз от естественных и искусственных источников, включаямедицинские установки. Основные типы и принципы работы дозиметрических приборов.Первичные физические эффекты при взаимодействии ионизирующих излучений сбиообъектами. Когерентное и некогерентное рассеяние (эффект Комптона), фотоэффект,рентгенолюминесценция. Ослабление рентгеновского излучения. Вторичные физическиеэффекты.

Физико-химические эффекты. Прямое и непрямое действие. Действие на ДНК,белки, липиды и углеводы. Действие на клетку и на целостный организм. Биохимическаястадия. Сравнительная радиочувствительность различных структур организма. Кислородныйэффект. Действие радиопротекторов и радиосенсибилизаторов. Репарация клеток.Биологическое действие малых доз. Принципы количественной радиобиологии.Рентгенодиагностика. Измерительная схема.

Способы уменьшения доз, усилителирентгеновского изображения. Принципы компьютерной томографии.Радиоизотопная диагностика. Понятие о позитронно-эмиссионной томографии. Лучеваятерапия и ее задачи в терминах теории оптимального управления.документ из 14 страниц3Программа государственного экзамена по специальности 20030062БМТ-1, БМТ-2Kлассификация фотобиологических процессов.

Типы физиологических реакций:энергетические, информационные, биосинтетические. Типы деструктивно-модифицирующихпроцессов: патофизиологические, мутагенные, летальные.Основные стадии фотобиопроцессов. Основные механизмы миграции энергииэлектронного возбуждения синглетных и триплетных состояний.

Принцип Франка-Кондона.Спектр биодействия. Законы фотохимии. Элементарные фотохимические реакции.Квантовые выходы реакций.Оптические свойства биотканей. Основные поглощающие компоненты. Типы пигментов.Глубина оптического поглощения. Особенности распространения излучения в мутныхсредах, теоретические модели. Свойства кожи. Действие ультрафиолетовых (УФ) лучей набиосистемы, особенности А, В и С лучей.

Основные эффекты при действии УФ излучения наорганизмы. Фотосенсибилизация. Эндогенные и экзогенные фотосенсибилизаторы.Принципы фотодинамической (ФД) терапии. Основные механизмы ФД терапии сгематопорфиринами. Применение в онкологии.Фотосинтез. Спектр биодействия. Бактериородопсиновый синтез.

Фоторегуляторныесистемы. Свойства фотохрома. Спектр биодействия. Фоторецепция. Механизм зрения.Свойства и структура родопсина. Формирование сигнала зрительного нерва. Теориицветного зрения. Спектры биодействия иодопсина.Основные способы адаптации. Основные принципы фотомедицины.Свойства инфракрасного (ИК) излучения. Понятие об абсолютно черном теле (АЧТ).Формулы Планка, Стефана-Больцмана и Вина. "Серые" тела.

Коэффициент "скорости" дляразличных биотканей и органов. Основные механизмы взаимодействия ИК излучения сбиообъектами. Тепловая рецепция. Теплообмен организма с внешней средой.Уравнение теплового баланса. Терморегуляция. Тепловые параметры живого организма:температура тела, теплопродукция, теплоотдача, теплосодержание. Принципы ИК терапии.Тепловые биологические эффекты при воздействии интенсивных ИК полей. Принципытепловидения.Электрические и магнитные свойства тканей и сред организма. Электропроводностьбиологических тканей. Диэлектрические свойства биологических тканей. Магнитныесвойства биологических тканей.

Дисперсия импеданса биологических тканей.Электрическаяпроводимостькрови.Основныефакторы,влияющиенаэлектропроводность покоящейся крови. Электропроводность движущейся крови.Низкочастотные электромагнитные поля. Распределение токов в биологических объектах.Тело человека во внешнем низкочастотном электромагнитном поле. Переменное магнитноеполе. Импульсные магнитные поля. Постоянное магнитное поле.