Строение биологических тканей для моделирования в биомедицинской физике

Курс посвящен изучению строения биологических тканей, основам их взаимодействия с лазерным излучением и построению физических и математических моделей. Слушатели знакомятся с основными шагами моделирования, учатся различать биоткани по гистологическому строению и формировать схему их изучения для создания новых методов диагностики и терапии или усовершенствования старых. В курсе уделяется внимание важным различиям "нормальных" тканей от патологических и их выраженности в различных оптических сигналах.

Стоимость доступа к материалам курса за исключением ознакомительной части (включая тестовые материалы и возможность пройти экзамен с прокторингом и получить сертификат) составляет 3600 рублей. Для этого нужно пройти текущее тестирование не меньше чем на 60% и итоговый тест не меньше чем на 60%.

• Тучин В.В., Оптическая биомедицинская диагностика. Т. 1 и Т. 2, М. : ФИЗМАТЛИТ, 2006
• Нелинейная оптическая микроскопия в применении к биомедицинским исследованиям, Ю. С. Крылова А. О. Дробинцева, В. О. Полякова, И. М. Кветной, Л. Н. Пантелеев, С. Ф. Мусихин, V. Barzda, Теория и практика биоинженерии, 2(38) 2015
• Nanoscale resolution in GFP-based microscopy Katrin I Willig, Robert R Kellner, Rebecca Medda, Birka Hein, Stefan Jakobs & Stefan W Hell, Nature Methods 3(9) 2006.
• Nina Kalyagina, Tatiana Savelieva, Walter Blondel, Christian Daul, Didier Wolf, and Victor Loschenov, “Two-Stage Analysis on Models for Quantitative Differentiation of Early-Pathological Bladder States”, International Journal of Photoenergy, Volume 2014, Article ID 230829, 7 pages, 2014
• N. Kalyagina, V. Loschenov, D. Wolf, C. Daul, W. Blondel, T. Savelieva, “Experimental and Monte Carlo investigation of visible diffuse reflectance imaging sensitivity to diffusing particle size changes in an optical model of a bladder wall”, Applied Physics B, vol.105(3), pp. 631-639, 2011
• Structure and Distribution of an Unrecognized Interstitium in Human Tissues, Petros C. Benias, Rebecca G. Wells, Bridget Sackey-Aboagye, Heather Klavan, Jason Reidy, Darren Buonocore, Markus Miranda1, Susan Kornacki, Michael Wayne, David L. Carr-Locke & Neil D. Theise, Scientific Reports (2018) 8:4947| DOI:10.1038/s41598-018-23062-6
• C. Bohren and D. R. Huffman, Absorpttion and Scattering of Light by Small Particles, A Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sons, New York, NY, USA, 1998.
• A. Doronin and I. Meglinski, “Online object oriented Monte Carlo computational tool for the needs of biomedical optics,” Biomedical Optics Express,vol.2,no.9,pp.2461–2469,2011.
• L.Wang, L.Jacques, and L.Zheng,“MCML—Monte Carlo modeling of light transport in multi-layered tissues, ”Computer Methods and Programs in Biomedicine,vol.47,no.2,pp.131–146, 1995.
• C. Amra, “From light scattering to the microstructure of thin film multilayers, ”Applied Optics,vol.32,no.28,pp.5481–5491, 1993.
• Steven L. Jacques Monte Carlo simulationsof light transport. http://omlc.org

• Neuronal and Mixed Neuronal-Glial Tumors of the Central Nervous System by Mohammed M.A. Al Barbarawi, Mohammed Z. Allouh and Suhair M.A. Qudsieh. DOI: 10.5772/50733

•  Ю. С. Крылова А. О. Дробинцева, В. О. Полякова, И. М. Кветной, Л. Н. Пантелеев, С. Ф. Мусихин, V. Barzda. Нелинейная оптическая микроскопия в применении к биомедицинским исследованиям. Теория и практика биоинженерии 2(38) 2015.

   

Модуль 1. Введение в строение биологических тканей. Микроскопия.

1 урок. Общие понятия и определения. Виды биологических тканей.

2 урок. Микроскопия для изучения строения тканей. Подготовка образцов к гистологическому исследованию.

Модуль 2. Эпителиальная ткань.

1 урок. Эпителиальная ткань - общие понятия. Межклеточные соединения.

2 урок. Простой эпителий. Многослойный эпителий.

Модуль 3. Соединительная ткань.

1 урок. Соединительная ткань

2 урок. Соединительная ткань- продолжение

Модуль 4. Нервная и мышечная ткань.

 1 урок. Мышечная ткань

2 урок. Нервная ткань

Модуль 5. Клетка и ее составляющие Канцерогенез - формирование раковых новообразований.

1 урок. Строение клетки. Основные размеры внутренних составляющих

2 урок. Канцерогенез. Примеры

Модуль 6. Взаимодействие лазеров с биологическими тканями.

1 урок. Взаимодействие лазеров с биологическими тканями - общие понятия

2 урок. Взаимодействие лазеров с биологическими тканями - общие понятия- продолжение

Модуль 7. Взаимодействие лазеров с биологическими тканями: рассеяние, поглощение.

1 урок. Взаимодействие лазеров с биологическими тканями: рассеяние, поглощение.

2 урок. Закон Бугера-Ламберта-Бера, коэффициенты рассеяния, поглощения.

Модуль 8. Флуоресценция.

1 урок. Флуоресценця в биологических тканях.

2 урок. Фотодинамическая терапия. Примеры флуоресцентных исследований.

Модуль 9. Моделирование биологических тканей в биофизике: общие понятия и подходы.

1 урок. Моделирование: основные этапы.

2 урок. Физическое моделирование.

Модуль 10. Математическое моделирование. Основные теории.

1 урок. Математическое моделирование - основные теории.

2 урок. Математическое моделирование -  примеры.

В результате прохождения курса слушатель будет

Знать:

• строение биологических тканей (на гистологическом уровне): эпителиальная ткань, соединительная, мышечная и нервная
• характерные особенности формирования опухолевых патологий биотканей на клеточном уровне
• основные параметры взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями: рассеяние, поглощение, фактор анизотропии, флуоресценция
• способы регистрации сигналов при взаимодействии света с биотканью: изображения (микроскопия, видео-изображения в простом и флуоресцентном свете), спектры (обратного рассеяния, флуоресценции)
• основные этапы моделирования

Уметь:

• различать биологические ткани по изображениям с микроскопа (стандартные гистологические изображения, флуоресцентная мода)
• создавать физические модели биотканей
• описывать оптические параметры взаимодействия лазерного излучения с биотканью в зависимости от тканевых изменений
• применять основные теории математического моделирования для воспроизведения взаимодействия лазерного излучения с биотканью (в т.ч. при помощи готовых математических программ)

Владеть:

• навыками моделирования биотканей и их взаимодействия с лазерным излучением

Знание строения биологических тканей (на гистологическом уровне): эпителиальная ткань, соединительная, мышечная и нервная

Знание характерных особенностей формирования опухолевых патологий биотканей на клеточном уровне

Знание основных параметров взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями: рассеяние, поглощение, фактор анизотропии, флуоресценция

Знание способов регистрации сигналов при взаимодействии света с биотканью: изображения (микроскопия, видео-изображения в простом и флуоресцентном свете), спектры (обратного рассеяния, флуоресценции)

Знание основных этапов моделирования

Умение различать биологические ткани по изображениям с микроскопа (стандартные гистологические изображения, флуоресцентная мода)

Умение создавать физические модели биотканей

Умение описывать оптические параметры взаимодействия лазерного излучения с биотканью в зависимости от тканевых изменений

Умение применять основные теории математического моделирования для воспроизведения взаимодействия лазерного излучения с биотканью (в т.ч. при помощи готовых математических программ)

Навыки моделирования биотканей и их взаимодействия с лазерным излучением