iD: 111, RE-111 Радіоелектронні медичні системи і комплекси

Предмет дисципліни – теорія та принципи побудови радіоелектронних медичних систем і комплексів  діагностичних і лікувальних технологій.

Дисципліна є продовженням дисципліни RE-70 Радіоелектронні медичні системи. Вивчення дисципліни ґрунтується на попередніх фундаментальних та прикладних дисциплінах, а саме: “Вища математика”, “Фізика”, “Сигнали та процеси у радіоелектроніці”, “Сенсорні пристрої”, "Аналогові пристрої", Цифрові пристрої", "Пристрої НВЧ", “Радіовимірювальні пристрої” тощо.

Чому це цікаво/треба вивчати. 

1. На сьогодні медичні кількість різновидів медичних засобів діагностики і лікування становить більше 40 000 одиниць. На (95-97) % вини є або повністю радіоелектронними, або частково у своєму складі мають елементи радіоелектроніки.

2. В сучасних умовах медичному радіоелектронному приладобудуванню приділяється значна увага. Це обумовлюється необхідністю рішення глобальної задачі – оснастити заклади охорони здоров’я сучасним медичним обладнанням, приладами і інструментами, насамперед такими: а) рентгенівськими комплексами; б) комп’ютерними томографами; в) ультразвуковою, електронною, ендоскопічною технікою; г) лабораторними аналізаторами; д) системами неперервного спостереження за хворими; е) обчислювальною технікою; ж) засобами малої механізації.

3. Сучасні засоби біомедичної діагностики і лікування представляють собою складні технічні системи і комплекси, які втілюють у собі останні новітні знання і технології, що отримані у різних галузях науки і техніки, насамперед у радіоелектроніці і радіофізиці. Радіофізика і радіоелектроніка як наукові методології одержання інформації про дистантні об’єкти, досягли видатних успіхів у вивченні Космосу, Землі, Океану. Ця інформація є інтегральною, вона відображає основні системні закономірності структури функціонування зазначених об’єктів. В останні десятиліття організм людини також розглядається як радіофізичний об’єкт, створюються відповідні радіоелектронні засоби діагностики і лікування. В результаті взаємодії біологів, радіофізиків, біофізиків, фізіологів, математиків, лікарів і інженерів розвиваються наступні основні напрямки застосування радіоелектронних методів у біології і медицині.

Першим напрямком є використання радіоєлектронних засобів для збору даних про процеси, що відбуваються в організмі. Для цього використовуються як традиційні методи і системи (рентгенографія, електрокардіографія, елекроміографія, електронейрографія, електроенцефалографія, біоімпедансометрія, вимірювання кров’яного тиску, визначення фізіко-хімічного складу біоречовин і газів тощо), так і сучасні методи і засоби томографії (рентгенівської, емісійної, магніто-резонансної, імпедансної), новітні методи і засоби візуалізації, зокрема оптичні, акустичні і імпедансні, функціонального картування організму, методи пасивного зондування (динамічне радіоспостереження у інфрачервоному, видимому і радіодіапазоні, акустотермограія) і ін.

Другий напрямок полягає у створенні систем штучного інтелекту – радників лікаря у постановці діагнозу і виборі найбільш правильних лікувальних процедур. Розвиток цього напрямку обумовлений досягненнями у одержанні різноманітних біологічних сигналів, обробленні їх за допомогою сучасних аналогових і цифрових засобів перетворення сигналів, ЕОМ, розробки пакетів програмного забезпечення, здатних на основі результатів оброблення великих масивів даних, отриманих шляхом багатоканальних вимірювань, видавати діагностичні висновки і рекомендації щодо функціонального стану людини,  процедури лікування. Тобто стає завдання розробки і використання експертно-діагностичних і лікувальних систем.     

Третій напрямок полягає у тому, що за допомогою радіоелектроніки створюються потужні силові поля, які використовуються для лікування ряду захворювань. У цьому разі ці поля мають діяти на організм бажано найбільш локально різними видами енергії. Цей етап пов’язаний насамперед з використанням техніки електромагнітних хвиль широкого діапазону (оптичного – від ультрафіолетового до інфрачервоного, радіодіапазону – від терагерцового до дециметрового і метрового), електричних, магнітних, акустичних і механічних полів. Є велика кількість публікацій, у яких відображено результати багаточисельних досліджень щодо механізмів біологічної дії різноманітних полів, розроблено методики лікування, створено відповідні технічні засоби.  

Четвертий напрямок полягає у електронному моделюванні різноманітних процесів, що відбуваються у організмі людини. Організм людини, як і інших біологічних об’єктів, є складною багатоієрархічною динамічною системою з численними колами зворотного зв’язку. Його стійкість (підтримання гомеостазу) забезпечуються неперервним функціонуванням різноманітних фізіологічних систем. Варіації фізіологічних параметрів організму призводять до змін фізичних параметрів біологічних тканин: температури, діелектричної проникності, магнітної сприйнятливості, електричного імпедансу, потенціалів, струмів тощо. Функціональна динаміка організму відображується у вигляді динамічних розподілів зазначених фізіологічних параметрів, інформація про які, у свою чергу, в реальному масштабі часу відображується у динаміці фізичних полів і випромінювань організму. Це випромінювання таких видів: інфрачервоне, мікрохвильове, акустичне, оптичне, електричне, магнітне. Крім того, параметрично модулюються зовнішні поля і випромінювання, насамперед природні геомагнітні, електричні і світлові. Моделювання цих процесів розвинутими і поширеними методами радіоелектроніки і радіотехніки є дуже ефективним методом  вивчення біологічних процесів і явищ. 

П`ятий напрямок полягає у використанні методів та засобів радіоелектроніки для створення і функціонування штучних органів, здатних відновити функціонування втрачених органів і систем людини (кінцівок, водіїв серцевого і інших ритмів, штучного ока, вбудованих чипів тощо).

Чому можна навчитися (результати навчання).  Як можна користуватися набутими знаннями і уміннями (компетентності).

Мета навчальної дисципліни. Метою вивчення дисципліни є ознайомлення і вивчення принципів побудови і особливостей роботи радіоелектронних медичних  систем комплексів, основними процесами, на яких заснована дія цих засобів.

Основні завдання навчальної дисципліни. Протягом вивчення дисципліни вирішуються такі завдання:

• вивчення основних фізичних принципів та особливостей побудови і дії радіоелектронних медичних пристроїв та систем;
• розгляд призначення та структури основних радіотехнічних пристроїв та процесів, що в них відбуваються;
• практичне засвоєння методів розрахунків радіоелектронних медичних пристроїв, систем та комплексів;
• вивчення методики та одержання навичок експериментального дослідження характеристик функціональних елементів радіоелектронних медичних пристроїв, систем і комплексів.

Згідно з вимогами освітньо-професійної програми студенти після засвоєння навчальної дисципліни мають продемонструвати такі результати навчання:

знання:

• щодо застосовування радіоелектронних методів та радіоелектронних пристроїв і систем і комплексів у біології і медицині;
• фізичних принципів та особливостей побудови і дії радіоелектронних  медичних пристроїв, систем і комплексів;
• призначення та структури основних радіоелектронних медичних пристроїв, систем та комплексів, процесів, що в них відбуваються;
• властивостей і основних медико-технічних характеристик радіоелектронних медичних пристроїв, систем та комплексів;
• методів розрахунків та методик застосування радіоелектронних медичних пристроїв, систем та комплексів.

уміння:

• розраховувати режими роботи основних вузлів радіоелектронних медичних пристроїв;
• складати функціональні та структурні схеми радіоелектронних систем та комплексів для забезпечення методик біологічних та медичних досліджень.

досвід і навички:

- експериментального дослідження характеристик основних елементів радіоелектронних медичних пристроїв, систем і комплексів в цілому.

У підсумку вивчення дисципліни РМС студенти повинні вміти обґрунтовувати фізичні основи дії сучасних радіоелектронних медичних діагностичних та лікувальних пристроїв, систем та комплексів, ставити завдання по розробці структури таких засобів, розробляти радіоелектронні медичні системи і комплекси, виконувати розрахунки їх основних вузлів і апаратури в цілому.