Rok akademicki: 2017/2018 Kod: EIB BN-s Punkty ECTS: 5. Kierunek: Inżynieria Biomedyczna Specjalność: Bionanotechnologie

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Zastosowanie promieniowania X w biologii i medycynie Rok akademicki: 2017/2018 Kod: EIB BN-s Punkty ECTS: 5 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Inżynieria Biomedyczna Specjalność: Bionanotechnologie Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 2 Strona www: Osoba odpowiedzialna: prof. dr hab. inż. Lankosz Marek (Marek.Lankosz@fis.agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr inż. Samek Lucyna (Lucyna.Samek@fis.agh.edu.pl) prof. dr hab. inż. Lankosz Marek (Marek.Lankosz@fis.agh.edu.pl) dr hab. inż. Szczerbowska-Boruchowska Magdalena (boruchowska@fis.agh.edu.pl) dr Ostachowicz Beata (Beata.Ostachowicz@fis.agh.edu.pl) dr inż. Wróbel Paweł (Pawel.Wrobel@fis.agh.edu.pl) Krótka charakterystyka modułu Przedstawione zostaną zjawiska fizyczne i aparatura stosowana w nowoczesnych metodach diagnostyki i terapii medycznej opartej na promieniowaniu X Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 Student posiada wiedzę o zjawiskach fizycznych i aparaturze stosowanej w nowoczesnych metodach diagnostyki i terapii medycznej opartej na promieniowaniu X IB2A_W01, IB2A_W05, IB2A_W08 Aktywność na zajęciach, Egzamin, Udział w dyskusji M_W002 Student zna charakterystyki i własności metod stosowanych w diagnostyce i terapii IB2A_W04, IB2A_W08 Aktywność na zajęciach, Egzamin, Udział w dyskusji Umiejętności 1 / 7

2 M_U001 Student potrafi wykorzystać symulacje komputerowe i metody obliczeniowe do rozwiązywania wybranych problemów związanych z zastosowaniem metod fizycznych w diagnostyce i terapii medycznej IB2A_U03, IB2A_U04, IB2A_U07, IB2A_U08, IB2A_U10 Kolokwium, Sprawozdanie, Wykonanie projektu, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych, Zaliczenie laboratorium M_U002 Student potrafi pozyskać informacje z literatury, przeprowadzić analizę danych doświadczalnych, zaprezentować je w formie sprawozdania, prezentacji multimedialnej oraz projektu IB2A_U01, IB2A_U03, IB2A_U04, IB2A_U05 Prezentacja, Sprawozdanie, Wykonanie projektu, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych, Zaliczenie laboratorium Kompetencje społeczne M_K001 Student potrafi pracować w zespole, angażuje się w dyskusję w grupie, ocenia efekty pracy innych studentów, potrafi dobrze sformułować swoje argumenty. Student rozumie potrzebę dokształcania się i podnoszenia kompetencji. IB2A_K03, IB2A_K04 Aktywność na zajęciach, Egzamin, Udział w dyskusji, Wykonanie projektu, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych, Zaangażowanie w pracę zespołu Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 Umiejętności M_U001 Student posiada wiedzę o zjawiskach fizycznych i aparaturze stosowanej w nowoczesnych metodach diagnostyki i terapii medycznej opartej na promieniowaniu X Student zna charakterystyki i własności metod stosowanych w diagnostyce i terapii Student potrafi wykorzystać symulacje komputerowe i metody obliczeniowe do rozwiązywania wybranych problemów związanych z zastosowaniem metod fizycznych w diagnostyce i terapii medycznej / 7

3 M_U002 Student potrafi pozyskać informacje z literatury, przeprowadzić analizę danych doświadczalnych, zaprezentować je w formie sprawozdania, prezentacji multimedialnej oraz projektu Kompetencje społeczne M_K001 Student potrafi pracować w zespole, angażuje się w dyskusję w grupie, ocenia efekty pracy innych studentów, potrafi dobrze sformułować swoje argumenty. Student rozumie potrzebę dokształcania się i podnoszenia kompetencji. Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Fizyczne własności promieniowania X -1 godz. Rys historyczny Oddziaływanie promieniowana X z materią - 2 godz. Opis promieniowania spolaryzowanego, absorpcja fotoelektryczna, rozproszenie Rayleigha, rozproszenie Comptona, rozproszenie Ramana,optyczne (elektromagnetyczne) własności promieniowania X, rozchodzenie się promieniowania X w ośrodku refrakcyjnym, prawo załamania, całkowite odbicie Podstawy emisyjnej i absorpcyjnej spektroskopii promieniowania X -2 godz Promieniowanie charakterystyczne, linie satelitarne, struktura subtelna widm emisyjnych promieniowania X przesunięcia chemiczne, struktura widm absorpcyjnych w pobliżu progu absorpcji ang. XANES, wpływ stanu chemicznego i konfiguracji elektronów walencyjnych atomu absorbującego, rozciągnięta subtelna struktura widm absorpcyjnych promieniowania X ang. EXAFS, wpływ otoczenia chemicznego atomu absorbującego Optyka promieniowania X 1godz. Kolimatory i systemy ogniskujące, lustra wielowarstwowe i refleksyjne, optyka kapilarna transport promieniowania X w kapilarach i rodzaje kapilar, soczewki refrakcyjne, soczewki strefowe Fresnela, wygięte kryształy Współczesne źródła promieniowania X -2 godz. Lampy rentgenowskie-nowe rozwiązania konstrukcyjne, plazmowe źródła promieniowania X, synchrotrony, laser rentgenowski na swobodnych elektronach ang. XFEL Podstawy mikroskopii rentgenowskiej i praktyczne zastosowania w diagnostyce medycznej i badaniach biomedycznych 2 godz. Mikroskop kontaktowy, mikroskop refleksyjny, mikroskop projekcyjny, skaningowy mikroskop transmisyjny, holografia rentgenowska, badania tkanek, badania żywych komórek Obrazowanie chemiczne pierwiastków z zastosowaniem promieniowania synchrotronowego i 3 / 7

4 konwencjonalnych źrodeł promieniowania X- 3 godz Aparatura pomiarowa, przygotowanie próbek,farmakologia komórkowa, badania biomodulatorów w procesach neurodegeneracyjnych, kancerogenezie osteoporozie i stażeniu, wspomaganie diagnostyki histopatologicznej, badanie procesów biochemicznych Zastosowanie rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej w badanich biomedycznych i diagnostyce medycznej "in vivo"- 2 godz Analiza pierwiastków toksycznych w tkankach in vivo, badania na potrzeby diagnostyki medycznej Promieniowanie synchrotronowe w badanich biomedycznych - 2 godz Radioterapia z zastosowaniem mikrowiązek, fotonowa terapia aktywacyjna, angiografia, wieloenergetyczna tomografia komputerowa Analiza śladowa z zastosowaniem rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej i zjawiska całkowitego odbicia promieniowania X- 2 godz Ultraśladowa pierwiastkowa analiza chemiczna, analiza pierwiastków toksycznych w tkankach i płynach ustrojowych człowieka, badanie wpływu skażeń srodowiska Badanie struktur biokryształów, nanokryształów i klasterów - 2 godz Badanie struktur białek, dynamiki procesów biochemicznych i reakcji chemicznych Podstawy fizyczne rentgenowskiej tomografii komputerowej- 2 godz Podstawy fizyczne, aparatura diagnostyczna Tomografia rentgenowska w diagnostyce medycznej- 2 godz. Tomografia dwuenergetyczna. Mikro i mili-ct. Tomografia ilościowa. Artefakty w RTC. Zdolność rozdzielcza. Ochrona radiologiczna w RTC. Tomografia z zastosowaniem wiązki elektronów. Perspektywy rozwoju Terapia onkologiczna z zastosowaniem promieniowania X 2 godz Teleradioterapia, radioterapia stereotaktyczna, brachyterapia rentgenowska, igły fotonowe, metody radioterapia śródoperacyjnej, wybrane zagadnienia z dozymetrii Kontrast fazowy w obrazowaniu 3D w naukach przyrodniczych- 1 godz. Kontrast fazowy w badaniach nowotworów, tomografia 3D żywych owadów, badania rozprzestrzeniania chorób tropikalnych Ćwiczenia laboratoryjne 1.Ćwiczenia wstępne (1 godz.) Przypomnienie przepisów bezpiecznego użytkowania źródeł promieniowania X, aparatury pomiarowej oraz pracy z preparatami biologicznymi 2. Ultraśladowa analiza pierwiastkowa z zastosowaniem zjawiska całkowitego odbicia promieniowania X (3 godz) -student umie przygotować próbki tkanek i płynów ustrojowych do analizy. -student potrafi przygotować spektrometr promieniowania X do pomiarów (wykonać kalibrację energetyczną spektrometru, zinterpretować zmierzone widma i zidentyfikować linie promieniowania charakterystycznego). -student potrafi wykonać pomiary próbek wzorcowych i wykonać cechowanie analizatora - student potrafi zmierzyć widmo wzbudzone w nieznanych próbkach, określić ich skład chemiczny oraz obliczyć stężenia oznaczanych pierwiastków. -student potrafi ocenić niepewność pomiaru stężeń. 3.Rentgenowska tomografia komputerowa z zastosowaniem mikrowiązki promieniowania X (3 godz.) 4 / 7

5 -student potrafi zaprogramować parametry skanowania tomograficznego -student potrafi wykonać skanowanie tomograficzne z kontrastem absorpcyjnym i fluorescencyjnym -student potrafi przetworzyć zebrane dane pomiarowe metodą filtracji z projekcją wsteczną -student potrafi wyznaczyć rozkład liniowego współczynnika absorpcji oraz rozkład pierwiastków w próbce testowej. -student potrafi przeprowadzić interpretacja otrzymanych wyników 4. Analiza pierwiastkowa próbek środowiskowych i biologicznychmetodą rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej (3 godz.).) -student umie przygotować próbki pyłów powietrza, liofilizowanych roślin i tkanek do analizy. -student potrafi przygotować spektrometr promieniowania X do pomiarów (wykonać kalibrację energetyczną spektrometru, zinterpretować zmierzone widma i zidentyfikować linie promieniowania charakterystycznego). -student potrafi wykonać pomiary próbek wzorcowych i wykonać cechowanie analizatora - student potrafi zmierzyć widmo wzbudzone w nieznanych próbkach, określić ich skład chemiczny oraz obliczyć stężenia oznaczanych pierwiastków. -student potrafi ocenić niepewność pomiaru stężeń. 5. Mikroanaliza rentgenowska (3 godz) -student umie przygotować próbki do mikroanalizy. -student potrafi przygotować spektrometr promieniowania X do pomiarów (wykonać kalibrację energetyczną spektrometru, zinterpretować zmierzone widma i zidentyfikować linie promieniowania charakterystycznego). -student potrafi wykonać pomiary próbek wzorcowych i wykonać cechowanie analizatora - student potrafi zmierzyć widmo wzbudzone w nieznanych próbkach, określić ich skład chemiczny oraz obliczyć stężenia oznaczanych pierwiastków. -student potrafi ocenić niepewność pomiaru stężeń. 6. Kolokwium zaliczeniowe (1 godz.) Na pierwszych zajęciach będą przypomniane zasady bezpiecznego użytkowania źródeł promieniowania jonizującego, pracy z preparatami biologicznymi oraz eksploatacji elektronicznej aparatury pomiarowej. Każde z ćwiczeń laboratoryjnych będzie trwało 3h. W trakcie wykonywania ćwiczenia będzie sprawdzana i oceniana wiedza z zakresu tematyki ćwiczenia. Wyniki pomiarów będą przygotowywane w formie sprawozdania. Sprawozdanie będzie oceniane. Warunkiem dopuszczenia do kolejnego ćwiczenia będzie oddanie sprawozdania z poprzedniego ćwiczenia. Na ostatnich zajęciach będzie przeprowadzone kolokwium oceniające wiedzę i umiejętności zdobyte podczas realizacji ćwiczeń laboratoryjnych Ćwiczenia projektowe Tematyka projektów będzie obejmować następujące zagadnienia: 1. Analiza parametrów fizycznych tkanek z zastosowaniem rentgenowskiej tomografii komputerowej. 2. Analiza pierwiastkowa in vivo (kości, skóra, zęby) 3. Mikroobrazowanie pierwiastkowe tkanek histopatologicznych 4. Śladowa analiza pierwiastkowa (tkanki, włosy, płyny ustrojowe) 5. Analiza pierwiastkowa próbek środowiskowych (pyły, rośliny, gleba) Problematyka ćwiczeń projektowych koncentruje się na zagadnieniach związanych z 5 / 7

6 tematyką wykładu i stanowi jego uzupełnienie. Na pierwszych zajęciach podane zostaną tematy projektów, przedstawiany będzie sposób ich przygotowania. Tematy projektów różnią się w poszczególnych latach, zawsze jednak istotny jest nacisk na zrozumienie zjawisk fizycznych wykorzystywanych w diagnostyce i terapii medycznej oraz zrozumienie działania aparatury elektronicznej. Sposób obliczania oceny końcowej Ocena z egzaminu ( E ) obliczana jest następująco: procent uzyskanych punktów (suma z odpowiedzi na pytania egzaminacyjne) przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH. Ocena z ćwiczeń laboratoryjnych ( C ) obliczana jest jako średnia arytmetyczna z pięciu ocen cząstkowych obejmujących zaliczenia poszczególnych ćwiczeń i kolokwium końcowego. Ocena projektu ( P ) obliczana jest jako średnia arytmetyczna z ocen cząstkowych obejmujących ocene projektu. Ocena końcowa ( OK ) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu ( E ), z ćwiczeń laboratoryjnych ( C ) i ćwiczeń projektowych ( P ): OK = 0.6 x E x C+0.2 x P Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej (OK) wymaga uzyskania pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych, seminarium i egzaminu. Wymagania wstępne i dodatkowe Podstawowa znajomość zagadnień z zakresu fizyki, chemii i biologii Zalecana literatura i pomoce naukowe 1.A.C.Kak, M.Slaney, Principles of Computerized Tomographic Imaging. IEEE Press, A.Hrynkiewicz,G Rokita, Fizyczne metody diagnostyki medycznej i terapii, PWN S.Webb, The Physics of medical imaging, Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, A.Michette, S.Pfauntsch, X-Rays The First Hundred Years, John Wiley & Sons, N.A.Dyson, Promieniowanie rentgenowskie w fizyce atomowej i jądrowej, PWN, R.V.Grieken, A.Markowicz, Handbook of X-Ray Spectrometry, Marcel Dekker, K.A.Janssens, F.C.Adams, A.Rindby, Microscopic X-ray Fluorescence Analysis, John Wiley & Sons, Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu M.Czyżycki, P.Wróbel, M.Lankosz Confocal X-ray fluorescence micro-spectroscopy experiment in tilted geometry Spectrochimica Acta Part B, 97 (2014) A.Wandzilak, M.Czyżycki, P.Wróbel, M.Szczerbowska-Boruchowska, E.Radwańska, D.Adamek, M.Lankosz The oxidation states and chemical environments of iron and zinc as potential indicators of brain tumour malignancy grade preliminary results. Metallomics, 5 (2013) M.Lankosz, M.Grzelak, B.Ostachowicz, A.Wandzilak, M.Szczerbowska-Boruchowska, P.Wrobel, E.Radwanska, D.Adamek Application of the total reflection X-ray fluorescence method to the elemental analysis of brain tumors of different types and grades of malignancy Spectrochimica Acta Part B, 101 (2014) A.D.Surówka, D.Adamek, E.Radwańska, M.Szczerbowska-Boruchowska Variability of protein and lipid composition of human subtantia nigra in aging: Fourier transform infrared microspectroscopy study Neurochemistry International, 76 (2014) Informacje dodatkowe Z uwagi na konieczność zapewnienia efektów kształcenia niezbędne jest przeprowadzenie egzaminu pisemnego. Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na ćwiczeniach laboratoryjnych: W trakcie semestru przewidziany jest dodatkowy termin ćwiczeń ustalony z prowadzącym zajęcia, nie 6 / 7

7 później niż ostatni tydzień zajęć, w którym można wykonać pomiary, których student z przyczyn losowych nie mógł wykonać w terminie przewidzianym harmonogramem zajęć. Studenci mogą wówczas odrabiać ćwiczenia po uprzednim uzyskaniu zgody prowadzącego zajęcia w jego grupie oraz odpowiadać z części teoretycznej, potwierdzonej wpisem do protokołu. Obecność na wykładach: Zgodnie z Regulaminem studiów AGH Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach projektowych Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Przygotowanie do zajęć Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Wykonanie projektu Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 2 godz 25 godz 28 godz 14 godz 14 godz 29 godz 10 godz 10 godz 10 godz 142 godz 5 ECTS 7 / 7