Современная мировая биомедицинская инженерия – наиболее ресурсоемкая и высокотехнологичная отрасль экономики. Развитие этой отрасли определят жизнеспособность государства, зависящую от качества человеческого ресурса.
 

1.2.      Развитие математических моделей сердц 

Высокая смертность от сердечно­сосудистых патологий является одной из национальных проблем и представляет угрозу национальной безопасности. Со­временные мировые тенденции решения этой проблемы предполагают развитие 3D-моделей сердца, воспроизведение на их базе основных социально значимых сердечно-сосудистых патологий (ишеми­ческая болезнь сердца и инфаркт миокар­да, врожденные и приобретенные пороки сердца) на разных уровнях от молекулярно­клеточного до органного, разработку ме­тодов ранней диагностики нарушений механической и электрической функций сердца при патологии с учетом заложенных в модель механизмов регуляции функции сердца, создание на базе универсальных моделей персонифицированных моделей сердца конкретных больных для прогноза течения болезни и выработки рациональ­ной стратегии и тактики лечения. 

1.3.      Развитие микроуровневых моделей воздействия на жи­вую ткань и микроорганизмы физическихполейразличной природы  

Для выяснения микроскопических механизмов воздействия слабых магнит­ных и радиационных полей на клетку необ­ходимо рассмотрение явления на уровне отдельных атомов методами ЯМР и ЭПР. Познание избирательного воздействия на заданный тип клеток в организме полей различной природы позволит создать ме­дицинские приборы нового поколения. 

1.4.      Теоретическое и экспе­риментальноемоделиро­ваниеэлектромагнитных излучений,генерируемых живымиорганизмами (информационно-волновая медицина) 

При генерации нервного импульса клеткой происходит генерация слабых пере­менных электрических и магнитных полей. Развитие методов регистрации таких полей позволит диагностировать изменения, проис­ходящие в клетках неинвазивным способом. 

При повышении чувствительности обо­рудования возможна ре­гистрация электрических патологии и магнитных полей любых типов клеток (не только cуществующие мо­возбудимых тканей), что дели сенсоров живых су­позволитпосле соответ­ществ (и в т.ч. человека) ствующей компьютерной недостаточны для диагно­обработки сигналов по­стики,лечения и реабили­лучать информацию о со­тации при сложных пато­стоянии любых органов и логиях, с одной стороны,тканей в режиме реально­и при воспроизведении го времени. Для экспери­их в робототехнических ментальной реализации системах, с другой. Тре­процесса измерений из­лучений на клеточном уровне необходимо создание нового класса микро-сенсоров

1.5.      Развитие моделей систем, основанных на знаниях,в интересах медицинского учреждения  

Системы, основанные на знаниях - одна из фундаментальных проблем на стыке когнитивных наук, практической деятельности и экономики. Сложившаяся за столетия система терминов, понятий, их связей и управления знаниями (особенно в медицине) неудовлетворительна. Современные достижения в этой области связаны с тезаурусноонтологическим моделями, экспертными и советующими системами, аппаратом искуственного интеллекта, средами виртуальной реальности.  Моделирование виртуальной реально­сти, отражающей не только обстановку физиче­ского мира (клетки, органа, тела, медицинского учреждения), но и адекватные представления по разрешению тех или иных профессиональ­ных ситуаций, на сегодня совершенно недоста­точно. Требуется развитие когнитивной науки, как базы для высокоэффективной деятельности специалистов в области практического здраво­охранения, и моделей виртуальной реально­сти, как основы для объективизации и визуали­зации сложных решений.

1.6.        Развитие моделей есте­ственных и искусственных зрительных,слуховых и других сенсоров в норме и паталогии 

Существующие модели сенсоров живых существ (и в т.ч человека) недостаточны для диагностики, лечения и реабилитации при сложных патологиях, с одной стороны, и при воспроизведении их в робототехнических системах, с другой. Требуется разработка пакета полуформализованных и математических моделей в интересах повышения качества протезирования этих сенсоров.   

1.7.      Развитие моделей деятель­ности профильных специали­стов и менеджеров медицинских учреждений 

Качество деятельности на знаниях одна из фунда­медицинских учреждений все ментальных проблем на стыке время отстает от требований когнитивных наук, практиче­времени, особенно в нашей ской деятельности и экономи­стране. Модели этой деятель­ки. Сложившаяся за столетия ности представлены, как пра­система терминов, понятий, вило, вербально. Требуется их связей и управления зна­строгое естественно-научное ниями (особенно в медицине) описание деятельности специ­неудовлетворительна. Совре­алистов медицинского учреж­менные достижения в этой об­дения и его менеджеров в виде ласти связаны с тезаурусно­системных, структурных, алго­онтологическим моделями, ритмических, информацион­экспертными и советующими ных и математических моделей системами, аппаратом искус­«как есть» и «как должно быть».ственного интеллекта, средами Только на этой базе возможно эффективное управление ме­дицинскими учреждениями.

2.2.      Развитие ядерно-физических методов изуче­ния атомно-молекулярной структуры
 
Для выяснения молекулярно–физиче­ских основ жизненных процессов важнейшей задачей является выяснение механизмов функционирования различных биологических макромолекул на основе изучения их атом­но–молекулярной структуры, в частности, белков. Белки выполняют в организме раз­личные функции, например, ферментатив­ные и транспортные, необходимые для обе­спечения жизни. Среди различных белков особое место занимают металлосодержа­щие белки, в частности железосодержащие. В этих белках ион металла может находиться в активном центре молекулы и обеспечивать ее функционирование либо выполнять пас­сивную роль, являясь объектом транспор­тирования или депонирования. Различные патологические нарушения в организме, как правило, связаны с нарушениями структуры и функции важнейших биомолекул. Одним из самых чувствительных методов для изучения атомно-молекулярной структуры железо­содержащих белков является метод мессба­уэровской спектроскопии. Уникальный мес­сбауэровский спектрометрический комплекс УрФУ, не имеющий аналогов в мире, позво­ляет исследовать железосодержащие био­молекулы и компоненты фармацевтических препараты с высокой точностью, является ин­формативным методом проверки модельных разработок на атомно-молекулярном уровне.
 
2.3.      Развитие технологий получе­ния радиофарм препаратов 


Радиофармпрепараты (РФП) являются основой методов радионуклидной диагно­стики. Среди циклотронных радионуклидов широко известны однофотонные эмиттеры таллий-199 и индий-111. Для их производства возможно использовать ресурсы дейтонного циклотрона Р-7М УрФУ, предназначенного для ускорения протонов, дейтонов и альфа­частиц до энергий 6.7, 13.4 и 27 МэВ соот­ветственно. Помимо этого, на циклотроне УрФУ может быть организовано производ­ство уникального по своим свойствам ново­го терапевтического РФП на основе At-211, являющегося альфа-излучателем. В рамках развития парка ускорительной техники необ­ходимо приобретение протонного циклотро­на СС -18/9, поставляемого НИИ электро­физической аппаратуры им. Д.В. Ефремова и предназначенного для ускорения протонов и дейтонов до энергии 18 и 9 МэВ соответствен­но. На нем может быть организовано произ­водство однофотонных эмиттеров (галлий-67 и йод - 123) для гамма - камер и позитрон­ных эмиттеров (фтор-18, кислород-15, азот-13 и углерод-11) для ПЭТ, а также гамма - камер, адаптированных к работе с позитронным из­лучением. Помимо опыта работы с ускори­тельной техникой в УрФУ имеется одна из луч­ших в России школ радиохимии. Это позволит максимально снизить затраты на освоение и развитие технологий производства РФП на ввод в эксплуатацию новых мощностей.
 
2.4.      Развитие технологий ра­диационной стерилизациии обеззараживания 
 
Стерильность является одним из основных требований к широкому перечню изделий медицинского назначения. Радиаци­онный метод стерилизации – единственный из методов, гарантирующий высокий уровень стерильности. В комплексе зданий физико-техничес­кого факультета УрФУ имеется свободное спе­циализированное помещение с необходимым уровнем биозащиты для размещения аппара­туры радиационной стерилизации. УрФУ располагает разрешением над­зорных органов на работы с ускорительной техникой и ионизирующими излучениями, персоналом необходимой квалификации, 50-летним опытом безаварийной эксплуата­ции ускорительной техники. В УрФУ имеется сформировавшая­ся научная школа в области выполнения ис­следовательских и опытно-конструкторских работ с использованием пучков заряженных частиц, в том числе и 10-летний опыт иссле­довательских работ в области радиационной стерилизации медицинских изделий и ин­струментария с использованием пучка элек­тронов (энергия 10 МэВ) микротрона.
 
2.5.      Развитие технологий и аппа­ратуры для лучевой терапии 

Лучевая терапия - один из наиболее эффективных и широко применяемых мето­дов лечения злокачественных новообразо­ваний. Известными, но мало освоенными в Уральском регионе являются методики дис­танционной нейтрон — соударной и сочетан­ной гамма - нейтронной терапии. Для разви­тия этих технологий возможно использование ресурсов циклотрона УрФУ Р7-М. Одним из перспективных методов лучевой терапии на сегодняшний день признана протонная те­рапия. Развитие этого метода также перспек­тивно в УрФУ с учетом опыта работы персона­ла университета с ускорительной техникой. В дальнейшем, используя кадровый потенциал региона, методики лечения будут совершен­ствоваться путем разработки и применения противолучевых и радиосенсибилизирующих препаратов, путем увеличения интенсивно­сти и энергии воздействующих частиц. 
 
2.6.      Развитие технологии создания системно­интеграционных подсказчи­ков по разрешению сложных проблемных ситуацийв деятельностимедицинского учреждения с использованием сред виртуальной реаль­ности. 
 
Специалисты средней квалификации нуждаются в подсказке по разрешению си­туаций высокой степени сложности. Интел­лект естественного под­сказчика может быть в это время занят, далек географически, дорог и т.п. Желательно иметь компьютерный подсказ­чик, который в состоя­нии помочь оперативно и квалифицированно разрешить проблемную ситуацию не только узко­профильную, но и си­стемную. При этом по­гружение специалиста в среду виртуальной реальности, отражающую проблемную ситуацию, -самый эффектив­ный современный способ объективизации и визуализации решений. 

2.7.  Развитие сети много машин­ных вычислительных систем (ГРИД МВС),суперхранилищ информациии сверхскорост­ного трафика для оператив­ной обработки данных ПЭТ­исследований 
 
В ближайшие годы на Урале ожидается достижение следующих технических резуль­татов: по вычислительным мощностям ~ 100 Тфлопс, по хранению информации – 1000 Т байт, по трафику – 40 Гигабит/сек. Эти харак­теристики в состоянии обеспечить нужды мо­делирования сложных биофизических и меди­цинских объектов, визуа­лизацию результатов с требуемым качеством и поддержку лабораторий виртуальной реальности в научных и образова­тельных целях. 
 
 

 

3.1.   Направление 201000-Биотехнические системы и технологии

Магистерские программы:

• Биомедицинская инженерия; 
• Прикладные экология и биофизика; 
• Ядерно-физические методы  в биомедицинской инженерии  

• Информационные системы в медицине;
• Информационные и бизнес-процессы, основанные на знаниях. 

• Моделирование биомедицинских систем;
• Моделирование процессов в живой клетке (Ph.D.). 

• «Математическое моделирование, численные методы, комплексы программ»; 

• «Биофизика» 

• будут выполнены работы по подготовке помещений центра биомедицинской инженерии,
  за­купленои сдано в эксплуатацию необходимое оборудование;
• состоится первый выпуск не ме­нее 20 магистров по заявленным
  образовательным программам;
• по тематике фундаментальных исследований будет защищено 5 кандидатских и
  2 докторских диссертации. 
  
  
  
 На втором этапе (к 2020 году) 

• будут получены принципиально новые знания о механизмах взаимодействия излучений с биоло­гически важными молекулами;
• будут созданы принципиально новые не инвазивные технологии, позволяющие производить диа­гностику различных заболева­ний;
• количество активно работающих ученых мирового уровня(индекс цитирования по работам которых, выполненным за последние семь лет,превышает100) достигнет 10 человек;
• разработанные методы диагно­стики и лечения заболеваний ме­тодам и ядерной медицины будут внедрены в учреждениях здраво­охранения Уральского региона.