Датчики и преобразователи биомедицинской информации

Beschreibung: Ознакомление студентов с первичными устройствами съема медико-биологической информации об основных проявлениях процессов жизнедеятельности: механических, биохимических и др.; ознакомление с различными классами датчиков биологической информации (ДБИ), физическими принципами работы данных устройств, их конструкциями и особенностями применения в биомедицинской практике и исследованиях. Классификация измерений в биологии и медицине. Понятие об измерительном преобразователе. Особенности медико-биологических датчиков. Чувствительные элементы датчиков биологической информации. Электроды и электродные системы. Согласования ДБИ с измерительной цепью.

Betrag der Credits: 5

Пререквизиты:

• Введение в инженерное образование

Arbeitsintensität der Disziplin:

Komponente: Вузовский компонент

Zyklus: Базовые дисциплины

Цель

• Цели освоения дисциплины - ознакомление студентов с первичными устройствами съема медико-биологической информации об основных проявлениях процессов жизнедеятельности: механических, биохимических и др.; ознакомление с различными классами датчиков биологической информации (ДБИ), физическими принципами работы данных устройств, их конструкциями и особенностями применения в биомедицинской практике и исследованиях.

Задача

• физическая природа биомедицинских сигналов; - датчик (сенсор, от англ. sensor) — понятие в системах управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал; - классификация датчиков по виду выходных величин, -классификация по измеряемому параметру; -датчики артериального давления; -контактные, бесконтактные.

Результат обучения: знание и понимание

• Знать: - особенности биологических объектов, как объектов исследования; - основные типы и варианты конструкции ИП и электродов; - основные физические принципы, лежащие в основе работы ИП; - метрологические характеристики, методы и образцовые средства для испытания, проверки и калибровки ИП и Э; - основные проблемы, возникающие при согласовании ИП с измерительной цепью, и способы такого согласования; - методы анализа входных цепей биомедицинской техники.

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• Уметь: - в соответствии с методами и задачами проведения медико-биологических исследований выбирать наиболее необходимые по метрологическим характеристикам, конструктивным и электрическим параметрам типы и варианты конструкций ИП и электродов; - хорошо ориентироваться при проведении профилактических, калибровочных и ремонтных мероприятий с ИП и электродами, используемыми в составе медико-биологического оборудования; - рассчитывать основные метрологические характеристики ИП и электродов и элементы электронных согласующих схем. Владеть: - навыками выбора типа и варианта конструкций ИП и Э в соответствии с методами и задачами проведения медико-биологических исследований, удовлетворяющего по метрологическим характеристикам, конструктивным и электрическим параметрам; - навыками расчета и проектирования измерительных преобразователей и средств съема биомедицинской информации; - навыками построения средств сопряжения биомедицинской техники с биологическим объектом (пациентом). - навыками оценки основных метрологических характеристик ИП и Э и элементов электронных согласующих схем.

Результат обучения: формирование суждений

• Формулировать цели и задачи исследований и практик обслуживания медицинской техники, разрабатывать и анализировать варианты решения задач, прогнозировать последствия

Результат обучения: коммуникативные способности

• Владеть английским профессиональным языком, быть способным к работе в интернациональной среде, организовывать лингвистическую поддержку международных конференций, симпозиумов, форумов;

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• Изучать и анализировать научно-техническую информацию, технические показатели и результаты исследований, обобщать и систематизировать их;

Lehrmethoden

Интерактивное обучение и мультимедийные технологии Мультимедийные презентации и видеоматериалы: использование видеолекций, анимаций и симуляций для объяснения сложных технических процессов, например, работы медицинских приборов или биосигналов. Виртуальные лаборатории: создание симуляций работы с медицинскими приборами, что позволяет студентам экспериментировать с устройствами и системами без необходимости в реальном оборудовании.

Bewertung des Wissens der Studierenden

Die Bewertungspolitik der Lernergebnisse nach Arbeitstyp

Bewertungsbogen

Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:

• 40% результата, полученного на экзамене;
• 60% результатов текущей успеваемости.

Формула подсчета итоговой оценки:

 

где, Р₁, Р₂ – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.

Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:

Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:

Темы лекционных занятий

• Введение в биомедицинскую инженерию
• Основы биологических сигналов
• Принципы работы датчиков
• Электроды и электрофизиологические датчики
• Биосенсоры и их применение в медицине
• Датчики для мониторинга дыхания
• Датчики для измерения температуры тела
• Системы мониторинга сердечной активности
• Оптические датчики в биомедицинских приложениях
• Механические датчики в биомедицине
• Преобразование и обработка биомедицинской информации
• Системы обработки данных и визуализация в биомедицинских приложениях
• Современные разработки в области биомедицинских датчиков
• Перспективы развития и будущее биомедицинских датчиков

Основная литература

• 1. Richard C. Dorf (Ed.) The Electrical Engineering Handbook: Sensors, Nanoscience, Biomedical Engineering and Instruments. 1st Edition. CRC Press, 2016. – 392 p. 2. Kutz M. Biomedical Engineering and Design Handbook, Volumes I and II. 2 edition. - McGraw-Hill Professional: 2009. - 1600 p. 3. Биомедицинская измерительная техника: Учеб. пособие для вузов/Jl.В. Илясов. - М.: Высш. шк., 2007. - 342 е.: ил. ISBN 978-5-06-005535-1 4. Бердников А.В., Семко М.В., Широкова Ю.А. Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы. Часть 1. Тех. методы и аппараты для экспресс-диагностики. Казань, 2004. 176 с. Методы и средства контроля физических и медико-биологических параметров 1. Zamorano J.L. The ESC Textbook of Cardiovascular Imaging. Springer, 2010. - 648 p. 2. Медицинские приборы. Разработка и применение. Ред. И.В. Камышко. М: Медицинская книга, 2004. - 720 с., ил. 3. Бердников А.В., Семко М.В., Широкова Ю.А. Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы. Часть 1. Тех. методы и аппараты для экспресс-диагностики. Казань, 2004. - 176 с. 4. Joseph D. Bronzino, Donald R. Peterson. Biomedical Engineering Handbook, 4th Edition. CRC Press, 2015. – 5430 p. 5. Кореневский Н.А., Попечителев Е.П. Биотехнические системы медицинского назначения. Учебник. Старый Оскол: ТНТ, 2016. 688 с. 6. Кореневский Н.А., Юлдашев З.М. Проектирование биотехнических систем медицинского назначения. Проектирование средств оценки состояния биообъектов. Учебник. Старый Оскол: ТНТ, 2017. 470 с. 7. Кореневский Н.А., Юлдашев З.М. Проектирование биотехнических систем медицинского назначения. Проектирование средств воздействия на биообъект. Учебник. Старый Оскол: ТНТ, 2017. 300 с. 8. Медицинские приборы. Разработка и Применение. Ред. И.В. Камышко. М - Медицинская книга, 2004, - 720 с., ил. 9. Richard C. Dorf (Ed.) The Electrical Engineering Handbook: Sensors, Nanoscience, Biomedical Engineering and Instruments. 1st Edition. CRC Press, 2016. – 392 p. ISBN 9781420003161

Дополнительная литература

• "Biomedical Sensors and Instruments" — B. R. Arora, S. K. Puri, "Medical Instrumentation: Application and Design" — John G. Webster, "Introduction to Biomedical Engineering" — John Enderle, Joseph Bronzino, "Biomedical Signal Processing and Signal Modeling" — S. Sanei, J. A. Chambers