Реферат: Программа дисциплины Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы для учебных планов кафедр бмт-1, бмт-2 по направлению подготовки дипломированного специалиста 653900 «Биомедицинская техника» по специальности

Министерство образования Российской федерации







Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
















«Утверждаю»


Первый проректор -

проректор по учебной работе

МГТУ им. Н.Э. Баумана


_______________ Е.Г. Юдин


«___» «___________» 2002 г.









Программа дисциплины








^ Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы








для учебных планов кафедр БМТ-1, БМТ-2


по направлению подготовки дипломированного специалиста

653900 – «Биомедицинская техника» по специальности

190500 Биотехнические и медицинские аппараты и системы

190600 Инженерное дело в медико-биологической практике





Виды учебных работ

Объём работ, час

Всего

7 семестр

8 семестр

17 недель

17 недель

Выделено на дисциплину

255

85

170

Аудиторная работа

136

68

68

Лекции

84

42

42

Семинары

16

8

8

Лабораторные работы

36

18

18

Самостоятельная работа

119

17

102

Домашнее задание

12

-

12

Самостоятельное изучение материала

56

17

39

Курсовая работа

51

-

51

Сроки выполнения контрольных мероприятий (неделя выдачи – неделя сдачи)




Домашнее задание




-

(10)




Рубежный контроль




(5)

(5)




Контрольная работа




(11)

(11)




Курсовая работа 25%




-

4




Курсовая работа 50%




-

8




Курсовая работа 75%




-

12




Курсовая работа 100%




-

15




Контроль знаний




экзамен

экзамен


Кафедра Биомедицинские технические системы (БМТ 1)

Программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению подготовки дипломированного специалиста 653900 Биомедицинская техника по специальности 190500 Биотехнические и медицинские аппараты и системы.


^ Раздел 1. Цели и задачи дисциплины.

Общие цели.

Подготовка специалистов к участию в создании новых медицинских приборов, аппаратов и комплексов для хирургии, терапии и диагностики, проектированию схем, расчету и моделированию основных функциональных узлов.

Приобретаемые профессиональные умения и навыки.

1. Формировать и обосновывать медико-технические требования к аппаратуре медицинского назначения.

2. Производить разработку структурных и принципиальных схем медицинских приборов и аппаратов.

3. Выполнять расчет узлов и элементов принципиальных схем с применением ЭВМ.

4. Моделировать процессы, происходящие в основных блоках приборов и аппаратов с применением современных пакетов MathCAD, MicroСар, а также при взаимодействии технических и биологических систем.

Приобретаемые профессиональные знания.

Принципы построения медицинской аппаратуры для диагностики, терапии и хирургии.

Принципы построения основных функциональных узлов медицинских приборов, аппаратов и комплексов.

Методы расчета элементов принципиальных схем основных функциональных узлов медицинских приборов, аппаратов и комплексов.

Основные характеристики медицинских приборов, аппаратов и комплексов.

Дидактические задачи и особенности их решения в процессе преподавания дисциплины.

Необходимый уровень исходных знаний и умений.

Знания. Дифференциальное и интегральное исчисление, теория функций комплексных переменных, основные законы электромагнетизма, методы расчета электрических цепей, Принципы работы полупроводниковых приборов, цифровых и аналоговых интегральных микросхем. Основы схемотехники цифровых и аналоговых устройств.

Умения. Работа с персональным компьютером и операционной системой Windows, расчет линейных электрических цепей, пользование электро-радиоизмерительной аппаратурой.

Частные дидактические задачи и их особенности.

Программирование в среде MathCAD, MicroCAP.


Раздел 2. Содержание дисциплины

2.1. Аудиторная работа – 136 часов.

2.1.1. Лекции – 84 часа.

Тема 1. Основные принципы построения медицинских приборов, аппаратов и систем – 8 часов.

Технические средства в системе здравоохранения, техническое обеспечение лечебного процесса. Классификация медицинских электронных приборов, аппаратов и систем. Этапы проектирования медицинской техники. Обобщенные структурные схемы медицинских систем для диагностики, терапии и хирургии. Биотехнические особенности проектирования медицинской электронной аппаратуры (МЭА). Помехи и шумы биотехнических систем (БТС) МЭА.

Тема 2. Диагностические приборы и системы – 58 час.

Организация диагностических исследований. Приборы и системы для регистрации и анализа медико-биологической информации.

Тема 2.1. Приборы и системы для регистрации электрофизиологических сигналов: электрокардиографы, электроэнцефалографы, электромиографы– 14 часов.

Предварительные уcилители электрофизиологических сигналов (ЭФС). БТС биоткань-электрод-усилитель (БЭУ). Методы отведения биопотенциалов, электрическая схема замещения, шумы и помехи БТС БЭУ. Характеристики усилителей электрофизиологических сигналов. Анализ схемных решений входных каскадов усилителей электрофизиологических сигналов на основе дифференциального каскада (ДК). Анализ схемных решений усилителей ЭФС на основе ОУ.

^ Тема 2.2. Методы улучшения основных характеристик медицинских диагностических приборов и систем – 8 часов.

Методы повышения входного сопротивления. Методы увеличения коэффициента ослабления синфазного сигнала. Методы уменьшения дрейфа напряжения смещения. Методы уменьшения собственных шумов усилителей.

^ Тема 2.3. Блоки предварительной обработки медико-биологической информации диагностических систем – 12 часов.

Особенности применения фильтров в медицинской аппаратуре. Виды фильтров. Основные характеристики. Порядок проектирования фильтров. Методы синтеза схем активных фильтров. Гираторы и конвертеры полного отрицательного сопротивления. Функциональные узлы для каскадного проектирования активных фильтров. Фильтры высокого порядка. Типы частотных характеристик фильтров. Оптимизация многозвенных активных фильтров. Адаптивные фильтры. Активные фильтры с переключаемыми конденсаторами. Принцип работы идеальной SC-цепи. Методы синтеза SC-фильтров. Фильтры с управляемой передаточной проводимостью.

^ Тема 2.4. Диагностические комплексы и системы – 10 часов.

Основные блоки реоплетизмографических систем. Основные характеристики и типы амплитудных детекторов. Детекторы сильных сигналов. Искажения при детектировании медицинских сигналов. Синхронное детектирование. Прохождение сигнала и низкочастотной помехи через синхронный детектор. Структурная и принципиальная схемы синхронного детектора. Пиковое детектирование. Корреляционные детекторы.

^ Тема 2.5. Приборы биологической интроскопии – 8 часов.

Основные блоки ультразвуковых диагностических систем. Фазовые детекторы. Принципы работы основных типов фазовых детекторов. Импульсно-фазовые детекторы. Частотные детекторы. Принципы работы основных типов частотных детекторов. Преобразователи частоты. Доплеровские измерители скорости кровотока. Структурная схема преобразователя частоты. Методы подавления помех. Биения. Двойное преобразование частоты. Основные схемные решения преобразователей частоты.

Тема 2.6. Приборы и системы для оценки физических и физико-химических свойств биологических объектов. Системы для психофизических, психофизиологических и психологических исследований – 6 часов.

Основные элементы систем для оценки температуры, веса и т.п. биологических объектов. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

^ Тема 3. Терапевтические аппараты и системы – 12 часов.

Лечебные воздействия физических полей; классификация методов и средств для терапии. Основные блоки физиотерапевтических аппаратов. Генераторы сигналов лечебного воздействия. Стабильность частоты колебаний генераторов. Кварцевые генераторы. Системы автоматического поддержания частоты (АПЧ). Принципы работы систем АПЧ. Динамические свойства системы частотной АПЧ. Фазовая АПЧ. Уравнение и динамические свойства фазовой АПЧ. Цифровые системы АПЧ. Системы автоматической регулировки усиления (АРУ) в ультразвуковых медицинских системах. Уравнение и динамические свойства системы АРУ. Практические схемы АРУ. Перестраиваемые генераторы. Генераторы гетеродинного типа. Цифровые синтезаторы частот.

^ Тема 4. Хирургическая техника – 6 часов.

Применение физических полей для разрушения биологических тканей.

Выходные каскады хирургических аппаратов. Аналоговые усилители мощности. Дискретные усилители мощности. Усилитель мощности с ШИМ. Усилитель с ИКМ. Спектрально-ключевые усилители мощности. Дискретно-аналоговые усилители с ШИМ и ИКМ. Усилители с - модуляцией. Особенности усилителей мощности медицинских аппаратов. Трансформаторные и бестрансформаторные импульсные выходные каскады. Особенности источников вторичного электропитания, используемых в медицинской аппаратуре.


2.1.2. Практические занятия, семинары, упражнения.

Тема 1. Компьютерные томографы и ангиографические системы - 2 часа.

Тема 2. Аппараты и системы для воздействий электрическим током различной частоты и ионизирующими излучениями (СВЧ - полем, рентгеновским, радиоизотопным) - 2 часа.

Тема 3. Ультразвуковые терапевтические и хирургические аппараты, электронные ингаляторы – 2 часа.

Тема 4. Аппараты для воздействия на биологически активные точки, биостимуляторы, аппараты для анальгезии – 2 часа.

Тема 5. Аппараты для поддержки кровообращения, наркозно-дыхательная аппаратура, технические средства для микрохирургии.

Тема 6. Технические средства реабилитации и восстановления утраченные функций: искусственные органы; имплантируемые биостимуляторы; биоуправляемые протезы конечностей; технические средства для физкультурно-оздоровительных комплексов – 2 часа.

Тема 7. Приборы и комплексы для лабораторного анализа. Организация лабораторной службы; принципы технического оснащения средствами лабораторного анализа; технологические схемы экспериментов – 2 часа.

Тема 8. Анализаторы биопроб: физико-механические, физико-химические и атомно-физические; аппаратные методы иммунологических исследований; аналитическая аппаратура в лабораториях санитарно-эпидемиологических станций; автоматизация лабораторных медицинских исследований – 2 часа.

2.1.3. Лабораторные работы – 36 часов.

Работа 1. Биотехнические особенности усиления электрофизиологических сигналов – 12 часов

Работа 2. Исследование элементов электрокардиографов– 6 часов

Работа 3. Исследование элементов электроэнцефалографов – 6 часов

Работа 4. Исследование элементов диагностических ультразвуковых приборов – 6 часов

Работа 5. Исследование характеристик аппаратуры для электроанастезии и электростимуляции – 6 часов


2.2. Курсовая работа – 51 час.

Задачи курсовой работы: приобретение навыков при разработке принципиальных схем медицинских приборов и аппаратов.

Объем курсовой работы: 30 стр. расчетно-пояснительной записки.

Тема курсового проекта определяется преподавателем индивидуально для каждого студента.

2.3. Самостоятельная работа – 68 часов.

2.3.1. Домашнее задание – 12 часов.

Название темы: Исследование блоков медицинских приборов и аппаратов.

Срок выдачи: 1 неделя 8 семестра.

Срок сдачи: 10 неделя 8 семестра.


2.3.2. Самостоятельное изучение материала – 56 час.

Принципы функционирования современных полупроводниковых приборов и микросхем, расчет усилителей биопотенциалов, расчет фильтров, расчет формирователей сигналов лечебного воздействия.

2.3.3. Научная работа – по отдельной программе.


Раздел 3. Текущий и итоговый контроль

3.1. Рубежный контроль.

5 нед. 7 сем., тема 1-2,

5 нед. 8 сем., тема 2.

3.2. Контрольная работа.

11 нед. 7 сем., тема 2 ,

11 нед. 8 сем., тема 3.

3.3. Итоговый контроль.

Экзамен - 17 нед. 7 сем., темы 1-2.

Зачет – 17 нед. 8 сем., темы 2-3.


Раздел 4. Учебно-методические материалы

4.1. Основная и дополнительная литература.

Основная:

Кореневский Н.А., Попечителев Е.П. Проектирование электронной медицинской аппаратуры для диагностики и лечебных воздействий. Курск - СПБ, 1999.- 537 c.

Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ /Под ред. Барановского А.Л., Немирко А.П. - М.: Радио и связь, 1993.- 248 с.

Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей/ Под ред. Р.И. Утямышева .-М.:Энергоатомиздат, 1983.- 384 с.

Шальдах М., Электрокардиотерапия. Технические аспекты электрокардиостимуляции., СПБ.- 1992.

Физика визуализации изображений в медицине : В двух томах: Пер. с анлийск./ Под ред. С.Уэбба.- М.:Мир, 1991.

Дополнительная:

Медицинская электронная аппаратура для здравоохранения.- М.:Радио и связь, 1981.- 344 с.

Бредикис Ю.Ю., Дрогайцев А.Д., Стирбис П.П. Программируемая электростимуляция сердца.- М.:Медицина,1989. -160 с.

Лисовский В.А., Елисеев В.А. Слуховые приборы и аппараты.- М.:Радио и связь, 1991.- 192 с.

Ливенцев Н.М., Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. М.: Медицина. – 1981. – 335 с.

4.2. Перечень пособий.

1. Карпухин В.А. Биотехнические особенности проектирования усилителей электрофизиологических сигналов. М.: МГТУ, 1994. – 16 с.

2. Карпухин В.А. Исследование передаточных функций активных фильтров второго порядка. М.: МГТУ, 1993 – 32 с.

3. Карпухин В.А. Радиоэлектронные устройства медицинского назначения. Часть 1. Электроэнцефалографы: Учебное пособие по дисциплине "СМРЭА". М.: МГТУ, 1999 г. – 24 с.

4.3. Технические средства обучения и использование информатизационных технологий.

Применение компьютерного моделирования с использованием современных схемотехнических САПР, работа в сети Интернет.


Программа составлена: Карпухин В.А., доцент, к.т.н. ________________


Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры “Биомедицинские технические системы” (БМТ-1)


Заведующий кафедрой БМТ-1 Спиридонов И.Н. ________________________

«___» «____________» 2002 г.


Программа рассмотрена и одобрена методической комиссией факультета БМТ


Председатель методической комиссии факультета БМТ Квашнин С.Е.________________

«___» «____________» 2002 г.


Декан факультета БМТ Щукин С.И.________________

«___» «____________» 2002 г.


Согласовано:


Заведующий кафедрой БМТ-2 Щукин С.И. ____________________

«___» «____________» 2002 г.


Начальник методического отдела ____________________

«___» «____________» 2002 г.