УТВЕРЖДАЮ
Директор института ИНК
___________
«____»_____________2013г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Биотехнические системы медицинского назначения
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП
201000 БИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА)
Биотехнические и медицинские аппараты и системы
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) бакалавр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.
КУРС 4 СЕМЕСТР 8
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 8
ПРЕРЕКВИЗИТЫ Б3.Б12, Б3.В3.3, Б2.В2, Б3.В.1.2, Б3.В1
КОРЕКВИЗИТЫ Б3.В.1.3, Б3.В.1.4
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции 48 час.
Практические занятия 24 час.
Лабораторные занятия 36 час.
час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 108 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 120 час.
ИТОГО 228 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ курсовой проект,
экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра промышленной и
медицинской электроники Института неразрушающего контроля
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ_____________( )
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП _______________ ()
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ______________ ()
2013 г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Целью учебной дисциплины является:
в области обучения – формирование специальных знаний, умений, навыков расчета и проектирования, а также компетенций в сфере современных высокоэффективных биотехнических систем;
в области воспитания – научить эффективно работать индивидуально и в команде, проявлять умения и навыки, необходимые для профессионального, личностного развития;
в области развития – подготовка студентов к дальнейшему освоению новых профессиональных знаний и умений, самообучению, непрерывному профессиональному самосовершенствованию.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Дисциплина Б3.Б16 «Биотехнические системы медицинского назначения» относится к базовой части профессионального цикла дисциплин. Пререквизитом данной дисциплины является Б3.Б11 «Узлы и элементы биотехнических систем», которая преподается в 5 семестре, а также дисциплины Б3.Б9 «Автоматизация обработки биомедицинской информации» и Б3.В4 «Управление в биотехнических системах».
3. Результаты освоения модуля (дисциплины)
В результате освоения дисциплины студент должен/будет:
знать
- основные виды медицинской техники и принципы её работы;
- требования и способы обеспечения электробезопасности при работе с медицинской аппаратурой;
- основные методы расчета и особенности проектирования узлов и приборов медицинского назначения.
уметь
- формулировать медико-технические требования к проектируемой аппаратуре или отдельным её узлам;
- анализировать литературные данные при выборе технического решения;
- рассчитывать основные узлов аппаратуры медицинского назначения;
владеть методами (приёмами)
- практической работы с современными аппаратами, включая настройку, калибровку и метрологическое обеспечение.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1. Профессиональные -
готовность учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3);
способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования деталей, компонентов и узлов биотехнических систем, биомедицинской и экологической техники (ПК-9);
способность выполнять работы по технологической подготовке производства приборов, изделий и устройств медицинского и экологического назначения (ПК-14);
готовность к участию в проведении медико-биологических, экологических и научно-технических исследований с применением технических средств, информационных технологий и методов обработки результатов (ПК-20);
способность владеть правилами и методами монтажа, настройки и регулировки узлов биотехнических систем, в том числе связанных с включением человека-оператора в контур управления биомедицинской и экологической электронной техники (ПК-27);
способность проводить поверку, наладку и регулировку оборудования, и настройку программных средств, используемых для разработки, производства и настройки биомедицинской и экологической техники (ПК-28);
4. Структура и содержание модуля (дисциплины)
4.1 Структура модуля (дисциплины)
по разделам и формам организации обучения
Таблица 1.
Название раздела/темы | Аудиторная работа (час) | СРС (час) | Итого | Формы текущего контроля и аттестации | ||
Лекции | Практ./ сем. | Лаб. занятия | ||||
Введение | 2 | 10 | 12 | К. Р.1 | ||
1 Электробезопасность ЭМА | 3 | 4 | 10 | 17 | ||
2 Диагностическая аппаратура для регистрации биопотенциалов | 15 | 8 | 16 | 20 | 59 | Отчеты по лабораторным работам, КР2 |
3 Диагностическая аппаратура для регистрации параметров внутренней среды организма | 4 | 4 | 15 | 23 | ||
4 Терапевтическая ЭМА | 6 | 4 | 6 | 20 | 36 | Отчеты по лабораторным работам |
5 Механические протезы человеческих органов и аппаратура времнно их заменяющая | 6 | 4 | 20 | 30 | Отчеты по лабораторным работам | |
6 Низкочастотная терапевтическая ЭМА | 6 | 4 | 8 | 10 | 28 | Отчеты по лабораторным работам |
7 Высокочастотная терапевтическая ЭМА | 6 | 2 | 15 | 23 | Отчеты по лабораторным работам, КР3 | |
Итого | 48 | 24 | 36 | 120 | 228 |
4.2 Содержание разделов дисциплины:
Введение
Назначение дисциплины и ее место подготовке специалиста в области медицинской электроники. Краткий исторический очерк развития электронной медицинской аппаратуры (ЭМА). Классификация ЭМА.
Практическое занятие:
Раздел 1. Электробезопасность ЭМА
Требования Государственного Стандарта. Классы и степени защиты от поражения электрическим током. Технические требования. Методы испытаний и приёмки ЭМА.
Практическое занятие:
1.1 Расчет контура заземления
Раздел 2. Диагностическая аппаратура для регистрации биопотенциалов
Основные параметры сигналов ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ, ЭОГ, ЭГГ, КГР. Структура регистратора биопотенциалов. Электроды для съема биоэлектрического сигнала. Детектор обрыва кабеля. Входной блок регистратора биопотенциалов. Предусилитель регистратора биопотенциалов. Наводки и модифицирующие влияния. Блок калибровки. Выходные каскады УБП. Гальваническая изоляция рабочей части. Передача информации через гальванически изолированные цепи от пациента к микропроцессору. Мониторинг показателей биоэлектрической активности организма. Обработка биологических сигналов. Кардиографы. Миографы. Биотелеметрия.
Практическое занятие:
2.1 Расчет входного блока УБП
2.2 Расчет экранного усилителя
2.3 Расчет основного усилителя
2.4 Расчет выходного усилителя
2.5 Расчет схемы компенсации синфазной помехи
Лабораторные работы:
Лабораторная работа № 1. Исследование кардиографа ЭК1Т-03.
Лабораторная работа №2. Исследование электроэнцефалографа КТД-8.
Лабораторная работа №3. Исследование ЭКГ-триггера.
Раздел 3. Диагностическая аппаратура для регистрации параметров внутренней среды организма
Реографы, фотооксиметры, приборы и комплексы для лабораторного анализа, ЯМР-томографы.
Практическое занятие:
3.1 Расчет выходного генератора реографа
Раздел 4. Терапевтическая ЭМА
Сердечные ритмоводители и другие электростимуляторы. Подводящие провода и электроды для электростимуляторов. Электронейростимуляция. Мышечные стимуляторы. Обезболивание и чрескожная нейростимуляция. Дефибрилляторы и кардиоинверторы. Электроды для дефибрилляторов.
Практическое занятие:
4.1 Расчет задающего генератора электростимулятора
4.2 Расчет простейшего кардиостимулятора
4.3 Расчет предсердносинхронного ЭКС
4.4 Расчет емкостного дефибриллятора постоянного тока
Лабораторные работы:
Лабораторная работа № 4. Исследование кардиостимулятора.
Лабораторная работа № 5. Исследование дефибриллятора ИД-3.
Раздел 5. Механические протезы человеческих органов и аппаратура временно их заменяющая
Второе сердце. Аппараты искусственного кровообращения. Искусственное сердце. Аппаратура для гемодиализа. Аппараты искусственного дыхания. Инкубаторы для новорожденных.
Раздел 6. Низкочастотная терапевтическая ЭМА
Приборы для терапии постоянным электрическим током и электрическим полем. Установки для гальванизации, электрофореза, франклинизации и аэроионотерапии.
Приборы для терапии импульсным током. Виды импульсного воздействия при электронейростимуляции, электрокардиостимуляции, электростимуляции желудочно-кишечного тракта и биологически активных точек. Основные схемные решения и перспективные направления автоматизации и мониторинга.
Практическое занятие:
6.1 Расчет задающего генератора электронейростимулятора
6.2 Расчет выходного каскада электронейростимулятора
6.3 Расчет входного каскада электронейростимулятора
Лабораторные работы:
Лабораторная работа №6. Исследование электростимулятора «Рефлекс 33-01».
Лабораторная работа №7. Исследование электростимулятора «Амплипульс-3».
Раздел 7. Высокочастотная терапевтическая ЭМА
Способы получения ультровысокочастотного (УВЧ) излучения. Аппараты для УВЧ-терапии и электрохирургии.
Лабораторные работы:
Лабораторная работа №8. Исследование электрокаогулятора ЭК-30.
4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3.
№ | Формируемые компетенции | Разделы дисциплины | ||
1 | 2 | 3 | ||
1. | З6.1 | x | x | x |
2. | З6.2 | x | x | |
3. | У2.2 | x | x | x |
4. | В5.1 | x |
5.Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности студентов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.
Методы и формы активизации деятельности | Виды учебной деятельности | ||
ЛК | ЛБ | СРС | |
Дискуссия | х | х | |
IT-методы | х | х | |
Командная работа | |||
Разбор кейсов | х | ||
Опережающая СРС | х | х | |
Индивидуальное обучение | х | х | |
Проблемное обучение | х | х | |
Обучение на основе опыта | х |
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
- изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;
- самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;
- закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
Приводится характеристика всех видов и форм самостоятельной работы студентов, включая текущую и творческую/исследовательскую деятельность студентов:
6.1 Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний
студента, развитие практических умений:
- работа с лекционным материалом;
- подготовка к лабораторным и практическим занятиям;
- обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной проблеме курса (рекомендуется в случае недостаточного усвоения материала, а также студентам, пропустившим аудиторные занятия по какой-либо теме);
- опережающая самостоятельная работа;
- работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной проблеме курса,
- изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку (используется для тем, не вошедших из-за недостатка времени в лекционный курс, но имеющих непосредственное отношение к данной дисциплине);
- подготовка к контрольным работам, экзамену.
6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР):
- поиск, анализ, структурирование информации,
- выполнение курсового проекта,
- анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме.
6.3 Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
1. Тематика курсовых проектов
Тематика курсовых проектов определяется студентом совместно с руководителем выпускной квалификационной работы, таким образом, чтобы она соответствовала с темой дипломирования. Примерный список тем для курсового проектирования приведен ниже:
1.1. Прибор для измерения скорости распространения пульсовой волны;
1.2. Прибор для поиска и воздействия на биологически активные точки;
1.3. Аппарат для УВЧ терапии;
1.4. Одноканальный электрокардиограф;
1.5. Реограф;
1.6. Электростимулятор мышц;
1.7. Анализатор аритмий;
1.8. Имплантируемый электрокардиостимулятор;
1.9. Электростимулятор желудочно-кишечного тракта;
1.10. Измеритель кожно-гальванической реакции;
1.11. Дефибрилятор;
1.12. Измеритель кардиоритма;
1.13. Электроэнцефалограф;
1.14. Фотооксиметр;
1.15. Электрооптический анализатор биосред.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения модуля (дисциплины)
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.
Самоконтроль основан на знании "опорных моментов" теоретического материала, позволяющих самостоятельно проконтролировать правильность вычислений.
Контроль со стороны преподавателей заключается в проверке качества знаний, полученных в процессе самостоятельного изучения материала, во время практических занятий, а также в проверке качества подготовки к лабораторным и практическим занятиям; к контрольным работам, зачету. Контроль и оценка приобретаемых студентами знаний, умений и компетенций осуществляются со стороны преподавателей такими способами, как:
1. Ответ на вопрос – дает возможность студенту продемонстрировать, а преподавателю оценить степень усвоения им теоретических и фактических знаний на уровне знакомства.
2. Выполнение задания позволяет оценивать приобретенные студентами практические умения на репродуктивном уровне (деятельность на основе известных алгоритмов – функционирование).
3. Решение задачи – дает возможность оценивать приобретенные студентами когнитивные умения на продуктивном уровне (деятельность на основе неизвестных алгоритмов – развитие).
4. Решение проблемы – позволяет оценивать приобретенные студентами профессиональные и универсальные (личностные) компетенции.
7.1. Требования к содержанию экзаменационных вопросов
Экзаменационные билеты включают три типа заданий:
1. Теоретический вопрос.
2. Проблемный вопрос или расчетная задача.
7.2. Примеры экзаменационных вопросов
Билет №1
1. Классификация по принципу работы медицинской аппаратуры
2. Защита входов регистратора биопотенциалов
3. Блок-схема трехканальной радиотелеметрической системы с временным уплотнением
4. Насосы лекарственных инфузаторов
Билет №5
1. Стандартная схема подключения прибора к однофазной цепи
2. Точки приложения испытательных напряжений, подлежащих гальванической изоляции цепей ЭМА
3. Блок-схема асинхронного электрокардиостимулятора
4. Блок схема ушного протеза
Билет №12
1. Основные характеристики медицинского прибора
2. Датчики медико-биологической информации
3. Биотелеметрия
4. Аппараты искусственного кровообращения
Вопросы к государственному экзамену по дисциплине
«Биотехнические системы медицинского назначения»
1. Основные характеристики медицинской аппаратуры
2. Классификация ЭМА
3. Электробезопасность ЭМА. Общие положения
4. Классы изоляция 0I и I.
5. Классы изоляция II и III.
6. Структурная схема прибора для регистрации биопотенциалов человека
7. Электронейростимуляция. Общие сведения
8. Мышечные стимуляторы
9. Электрокардиостимуляция
10. Телеметрия с временным разделением сигнала
11. Телеметрия с частотным разделением сигнала
12. Дефибрилляторы
13. Имплантируемые дефибрилляторы
14. Асинхронный ЭКС
15. Ждущий ЭКС
16. Аппарат искусственного кровообращения
17. Электрохирургия
18. Аппаратура для гемодиализа
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины
Основная:
1. Эксплуатация и ремонт биотехнических систем медицинского назначения : учебное пособие / , . — Старый Оскол: ТНТ, 2012. — 432 с.: ил.. — Библиогр.: с. 401-406.
2. Биотехнические системы медицинского назначения [Электронный ресурс] : практикум : учебное пособие / , , ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Институт неразрушающего контроля (ИНК), Кафедра промышленной и медицинской электроники (ПМЭ). — 1 компьютерный файл (pdf; 4.5 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2012.
3. Биотехнические системы медицинского назначения: учебник / , . — Старый Оскол: ТНТ, 2013. — 688 с.
Дополнительная
4. Медицинские приборы. Разработка и применение. – М.: Медицинская книга, 2004. – 720 с.
5. Попечителев и фотометрическая медицинская техника. Теория и проектирование: учебное пособие. — М. : Высшая школа, 2002. — 470 с. : ил
6. Ливенцев аппаратура: учебное пособие. — М. : Медицина, 1974. — 335 с.
7. Гусев информации о параметрах и характеристиках организма и физические методы воздействия на него: учебное пособие. – М.: Машиностроение, 2004. – 507с.
8. Теория и проектирование диагностической ЭМА. /Под ред. . – Л: Изд. ЛГУ, 1980. – 164с.
9. , Манелис и методы клинического мониторинга.– Самара: Самарс. гос. аэрокосм. ун-т. 1999. – 160 с.
10. Системы комплексной магнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред. и др. – М.: Лаборатория Базовых Знаний. 2000.– 376 с.
11. , , Филист электронной аппаратуры для диагностики и лечебных воздействий: Монография. – Курск: Курская городская типография, 1999. – 537с.
12. , , Орлов и обработка биоэлектриеческих сигналов: учебное пособие. – СПб, 2001. – 140с.
13. Агаханян устройства в медицинских приборах : учебное пособие. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. — 510 с. : ил.
14. Эфрусси аппараты и аудиометры. – М: Энергия, 1975. – 96с.
15. , Лесков радиоизотопных кардиостимуляторов. – М: Энергоатомиздат, 1982, 224с.
16. Ясногородский . - : Медицина, 1987. – 187с.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лаборатория электронно-медицинской аппаратуры (УН)
(ауд. 321, 322, корп. 16-в ТПУ)
1. Комплекс диагностический КТД8 –2 шт.
2. Индикатор потока крови ИП-1 – 2 шт.
3. Фотоколориметр однолучевой КФО – 1 шт.
4. Ионометр ЭВ-74 – 1 шт.
5. Реограф РГ 4-01 – 1 шт.
6. Электрокардиограф ЭК1К‑01 – 1 шт.
7. Электрокардиограф ЭК1К‑04К – 1 шт.
8. Электрокоагулятор ЭК 30 В1 – 2 шт.
9. Ритмокардиометр РКМ-01 – 1 шт.
10. Аппарат “Электросон” – 1 шт.
11. Рефлекс 3-10 – 1 шт.
12. УВЧ прибор “Минитерм” – 1 шт.
13. Кардиоскоп (бимонитор) – 1 шт.
14. Дефибриллятор ИД-66 – 1 шт.
15. Кардиокомплекс-3 – 1 шт.
16. Ларингоскоп ЭЛК-03 – 1 шт.
17. Усилитель электрометрический – 1 шт.
18. Микроскоп Микомед-1 – 1 шт.
19. Осциллограф С1-82 – 1 шт.
20. Осциллограф С1-83 – 1 шт.
21. Осциллограф С8-13 – 1 шт.
22. Источник питания Б5-47 – 2 шт.
23. Вольтметр В7-23 – 2 шт.
24. Вольтметр В7-34A – 1 шт.
25. Частотомер Ч3-38 – 1 шт.
26. Частотомер ч3-35 – 1 шт.
27. Генератор Г6-26 – 1 шт.
28. Генератор Г3-109 – 1 шт.
29. Спирометр сухой – 5 шт.
30. Весы лабораторные – 1 шт.
31. Лабораторная посуда.
32. Компьютер – 2 шт.
* приложение – Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины) в течение семестра.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС-2011 по направлению подготовки «Биотехнические системы и технологии».
Авторы:
Программа одобрена на заседании кафедры ПМЭ ИНК
Рецензент:
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).
