Кафедра прикладної радіоелектроніки

[RE-278] Проектування біомедичної апаратури

Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Рівень вищої освіти	Перший (бакалаврський)
Галузь знань	17 - Електроніка, автоматизація та електронні комунікації
Спеціальність	172 - Електронні комунікації та радіотехніка
Освітня програма	Всі ОП
Статус дисципліни	Вибіркова (Ф-каталог)
Форма здобуття вищої освіти	Очна
Рік підготовки, семестр	Доступно для вибору починаючи з 4-го курсу, осінній семестр
Обсяг дисципліни	4 кред. (Лекц. 18 год, Практ. год, Лаб. 36 год, СРС. 66 год )
Семестровий контроль/контрольні заходи	Залік
Розклад занять	https://schedule.kpi.ua
Мова викладання	Українська
Інформація про керівника курсу / викладачів	Лекц.: Головня В. М., Лаб.: Головня В. М., СРС.: Головня В. М.
Розміщення курсу	https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=8197

Програма навчальної дисципліни

1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Сучасна інтелектуальна радіоелектронна техніка поєднує передові системотехнічні, схемотехнічні та програмні рішення, що забезпечують її функціональність, адаптивність і надійність. Процес проєктування такої апаратури вимагає комплексного підходу, врахування суперечливих вимог до конструкції, умов експлуатації, обмежень матеріального виробництва та вимог стандартизації.

Метою дисципліни є формування у здобувачів системного підходу до процесу проєктування біомедичної апаратури, включаючи аналіз та синтез конструктивних рішень, особливо звертаючи увагу що медична апаратура, яка має контакт з пацієнтом, має відповідати міжнародним вимогам по електробезпеці. Аналіз теплових, вологісних, механічних, електродинамічних та інших параметрів медичної апаратури та апаратури біомедичних досліджень.

Предметом вивчення дисципліни є закономірності проєктування біомедичної апаратури. Особлива увага приділяється класифікації та особливостям конструктивних рішень для апаратури діагностики, терапії, реабілітації, хірургії чи лаборатоних досліджень, забезпечення їх надійної роботи, умов безпеки на всіх етапах від проектування до експлуатації, а також написання різних типів інструкцій для впровадження та сертифікації.

Одним із ключових завдань дисципліни є формування навичок розробки та оформлення текстової і графічної конструкторської документації відповідно до чинних стандартів для медичних приладів. Дисципліна також передбачає опанування технологій та методик проєктування, використання сучасних САПР, принципів оптимізації конструкції.

В результаті вивчення дисципліни здобувач набуває компетенцій:

Загальні компетентності:
ЗК 01 Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу.
ЗК 02 Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях.
ЗК 04 Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності.
ЗК 07 Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями

Фахові компетентності:
ФК 02 Здатність вирішувати стандартні завдання професійної діяльності на основі інформаційної та бібліографічної культури із застосуванням інформаційнокомунікаційних технологій і з урахуванням основних вимог інформаційної безпеки.
ФК 04 Здатність здійснювати комп'ютерне моделювання пристроїв, систем і процесів з використанням універсальних пакетів прикладних програм.
ФК 05 Здатність використовувати нормативну та правову документацію, що стосується інформаційно-телекомунікаційних мереж, телекомунікаційних та радіотехнічних систем (закони України, технічні регламенти, міжнародні та національні стандарти, рекомендації Міжнародного союзу електрозв'язку і т.п.) для вирішення професійних завдань.
ФК 08 Готовність сприяти впровадженню перспективних технологій і стандартів.
ФК 09 Здатність здійснювати приймання та освоєння нового обладнання відповідно до чинних нормативів.
ФК 11 Здатність складати нормативну документацію (інструкції) з експлуатаційнотехнічного обслуговування інформаційнотелекомунікаційних мереж, телекомунікаційних та радіотехнічних систем, а також за програмами випробувань.
ФК 13 Здатність організовувати і здійснювати заходи з охорони праці та техніки безпеки в процесі експлуатації, технічного обслуговування і ремонту обладнання інформаційно- телекомунікаційних мереж, телекомунікаційних та радіотехнічних систем.
ФК 14 Готовність до вивчення науково-технічної інформації, вітчизняного і закордонного досвіду з тематики інвестиційного (або іншого) проекту засобів телекомунікацій та радіотехніки.
ФК 15 Здатність проводити розрахунки у процесі проектування споруд і засобів інформаційно-телекомунікаційних мереж, телекомунікаційних та радіотехнічних систем, відповідно до технічного завдання з використанням як стандартних, так і самостійно створених методів, прийомів і програмних засобів автоматизації проектування.
ФК 17 Здатність брати участь у конструкторськотехнологічній підготовці, впровадження у виробництво та супроводження виробництва радіоелектронної апаратури.
ФК 18 Здатність оцінювати місце та переваги впровадження елементів інтелектуальних технологій та інтелектуальної радіоелектроніки в різні галузі діяльності людини.
ФК 22 Здатність до вибору та критичної оцінки та вибору технічних рішень на всіх етапах розробки та проектування радіоелектронної апаратури із застосуванням інтелектуальних технологій.
ФК 23 Здатність обирати та застосовувати спеціалізовані програмні засоби для імітаційного моделювання та проектування радіоелектронної апаратури.

Програмні результати навчання:
ПРН 02 Застосовувати результати особистого пошуку та аналізу інформації для розв’язання якісних і кількісних задач подібного характеру в інформаційнокомунікаційних мережах, телекомунікаційних і радіотехнічних системах.
ПРН 04 Пояснювати результати, отримані в результаті проведення вимірювань, в термінах їх значущості та пов’язувати їх з відповідною теорією.
ПРН 06 Адаптуватись в умовах зміни технологій інформаційно-комунікаційних мереж, телекомунікаційних та радіотехнічних систем.
ПРН 07 Грамотно застосовувати термінологію галузі телекомунікацій та радіотехніки.
ПРН 09 Аналізувати та виконувати оцінку ефективності методів проектування інформаційно-телекомунікаційних мереж, телекомунікаційних та радіотехнічних систем.
ПРН 10 Спілкуватись з професійних питань, включаючи усну та письмову комунікацію державною мовою та однією з поширених європейських мов (англійською, німецькою, італійською, французькою, іспанською).
ПРН 11 Застосовувати міжособистісні навички для взаємодії з іншими людьми та залучення їх до командної роботи.
ПРН 12 Толерантно сприймати та застосовувати етичні норми поведінки відносно інших людей.
ПРН 13 Застосування фундаментальних і прикладних наук для аналізу та розробки процесів, що відбуваються в телекомунікаційних та радіотехнічних системах.
ПРН 15 Застосування розуміння засобів автоматизації проектування і технічної експлуатації систем телекомунікацій та радіотехніки у професійній діяльності.
ПРН 17 Розуміння та дотримання вітчизняних і міжнародних нормативних документів з питань розроблення, впровадження та технічної експлуатації інформаційнотелекомунікаційних мереж, телекомунікаційних і радіотехнічних систем.
ПРН 18 Знаходити, оцінювати і використовувати інформацію з різних джерел, необхідну для розв’язання професійних завдань, включаючи відтворення інформації через електронний пошук.
ПРН 21 Забезпечувати надійну та якісну роботу інформаційно-комунікаційних мереж, телекомунікаційних та радіотехнічних систем.
ПРН 27 Застосовувати основні методи та способи отримання інформації.
ПРН 28 Застосовувати методи та засоби впливу на параметри фізичного середовища.
ПРН 29 Обирати конфігурацію, структуру, основні складові вузли та елементи радіоелектронної апаратури в залежності від її призначення.
ПРН 30 Застосовувати комплексний підхід до проектування телекомунікаційної та радіоелектронної апаратури.
ПРН 31 Застосовувати основи конструювання радіоелектронної апаратури інтелектуальних систем та новітню компонентну базу, матеріали при проектуванні радіоелектронної апаратури інтелектуальних систем.
ПРН 32 Застосовувати основні принципи діагностики, контролю та випробування радіоелектронної апаратури на основних етапах виробництва із застосуванням інтелектуальних технологій.

2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Здобувачі вищої освіти мають володіти базовими знаннями з вищої математики, фізики, основ
електроніки та схемотехніки та мають вміти працювати в середовищі SolidWorks.

3. Зміст навчальної дисципліни

Зміст дисципліни: 18 годин лекцій, 36 годин лаб. робіт, ДКР, залік. Лекційний матеріал додатково засвоюється на лабораторних заняттях та під час написання домашної контрольної роботи.

Тема 1. Загальна класифікація біомедичної техніки.
1.1 Вступ.
1.2 Класи безпеки медичних виробів.
1.3 Вимоги які висуваються до біомедичної апаратури.
1.4 Медико-технічні вимоги.

Тема 2. Діагностична та терапевтична апаратура.
2.1 Радіологічна апаратура, принципи побудови пристроїв.
2.2 Магнітно-резонансна діагностика, основи роботи та принципи проектування пристроїв.
2.3 ПЕТ-діагностика та принципи роботи пристроїв.
2.4 Ультразвукова медична апаратура.
2.5 Лазерні медичні пристрої, принципи роботи та проектування.

Тема 3. Конструктивні особливості біомедичної апаратури та способи їх забезпечення.
3.1 Електробезпека пристроїв.
3.2 Показники надійності та резервування.
3.3 Теплові процеси в медичній техніці та способи їх усунення.

Тема 4. Забезпечення безпеки біомедичної апаратури (БМА).
4.1 Безумовна безпека БМА.
4.2. Умовна безпека БМА
4.3. Описова безпека БМА.

Лабораторні заняття

Основні завдання циклу лабораторних занять:
а) перевірка набутих теоретичних знань на практиці;
б) набуття навичок роботи з біомедичною апаратурою;
в) оволодіння методами вимірювання параметрів та характеристик виробів і процесів;
г) розрахунки елементів біомедичної апаратури в програмному середовищі САПР SolidWorks;
д) набуття навичок оцінки експериментальних даних та формування висновків.

Лабораторна робота №1. Визначення типу класу безпеки біомедичного апарату.
Лабораторна робота №2. Визначення параметрів біоречовини полярографічним методом.
Лабораторна робота №3. Визначення параметрів біоречовини рефрактометричним методом.
Лабораторна робота №4. Дослідження характристик взаємодії лазерного випромінювання з частинками біоречовин.
Лабораторна робота №5. Дослідження методик пошуку несправностей БМА та їх написання.
Лабораторна робота №6. Написання інструкцій як складової частини описової безпеки БМА.
Лабораторна робота №7. Моделювання теплових процесів блоків БМА в програмному середовищі SolidWorks.
Лабораторна робота №8. Моделювання конструкцій БМА в програмному середовищі SolidWorks.
Лабораторна робота №9. Особливості написання медико-технічних вимог.

4. Навчальні матеріали та ресурси

Гліненко Л. К., Павлиш В. А., Фаст В. М., Яковенко Є. І. Основи біотехнічних систем та їх моделювання : навчальний посібник. Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2020. 380 с.
Злепко С. М., Данильчук М. М., Загоруйко Л. В. Біотехнічні системи медичного призначення. Ч. 1. Біологічні та біотехнічні системи як об’єкти дослідження : навчальний посібник. Вінниця : ВНТУ, 2008. 76 с.
Злепко С. М., Коваль Л. Г., Гаврілова Н. М., Тимчик І. С. Медична апаратура спеціального призначення : навчальний посібник. Вінниця : ВНТУ, 2010. 159 с.
Конструювання та технологія виробництва техніки реєстрації інформації: у 3-х кн. кн. 2. Основи конструювання: навч. посібник / Є. М. Травніков, В. С. Лазебний, Г. Г. Власюк, В. В. Пілінський, В. М. Співак, В. Б. Швайченко. За загальною редакцією В. С. Лазебного – К.: «КАФЕДРА», 2015, – 282 с.
Азнакаєв Е.Г. Біофізика: Навч. посіб.- К.: Книжкове вид-во НАУ, 2005.-308 с..
Апаратура для фізіотерапії та діагностики : навчальний посібник / С. М. Злепко, С. В. Павлов, В. Б. Василенко [та ін.]. Вінниця : ВНТУ, 2012. 212 с.
Лазерні медичні технології : навчальний посібник / З. Ю. Готра, С. В. Павлов, З. М. Микитюк [та ін.]. Вінниця : ВНТУ, 2017. 158 с.
Інтелектуальні технології комп'ютерного планування та моделювання в медичній діагностиці, лікуванні та реабілітації : навчальний посібник / за ред. С. В. Павлова, О. Г. Авруніна, О. В. Грушка. Житомир : Євро-Волинь, 2021. 202 с.
Інтелектуальні технології в медичній діагностиці, лікуванні та реабілітації : монографія / за ред. С. В. Павлова, О. Г. Авруніна. Вінниця : Едельвейс і К, 2019. 260 с.
Біофізика і біомеханіка [Текст]: підруч./ В.С.Антонюк, М.О Бондаренко., В.А.Ващенко та ін.- К.: НТУУ"КПІ", 2012.– 344 с..
Павлов С. В., Козловська Т. І., Василенко В. Б. Оптико-електронні засоби діагностування патологій людини, пов'язаних із периферичним кровообігом : монографія. Вінниця : ВНТУ, 2014. 140 с.
М.Ф. Терещенко, Г. С.Тимчик, М.В. Чухраєв, А.Ю. Кравченко, Ультразвукові фізіотерапевтичні апарати та пристрої: монографія. Київ.: КПІ ім. Ігоря Сікорського, Вид-во «Політехніка», 2018. - 184 с..

Навчальний контент

5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Для виконання кожної лабораторної роботи, необхідне знання матеріалу лекцій. Весь курс дисципліни умовно поділено на 4 теми. Лабораторні роботи не охоплюють всі лекційні теми, а доповнюють їх. Відповідність лабораторних робіт лекційному матеріалу представлена в таблиці.

Лабораторні Лекції	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Х	Х
2			Х
3
4
5				Х
6					Х
7						Х
8							Х	Х
9									Х

Тема 1. Загальна класифікація біомедичної техніки.
1.1 Вступ.
1.2 Класи безпеки медичних виробів [1, 2, 4, 5, 6, 7]
1.3 Вимоги які висуваються до біомедичної апаратури.
1.4 Медико-технічні вимоги [2, 3]
Завдання на самостійну роботу: принципи визначення класів безпеки БМА [1, 2, 4, 5].

Тема 4. Забезпечення безпеки біомедичної апаратури (БМА).
4.1 Безумовна безпека БМА.
4.2. Умовна безпека БМА
4.3. Описова безпека БМА.
Завдання на самостійну роботу: повторити матеріал лекції

6. Самостійна робота студента

Види самостійної роботи: опрацювання матеріалів лекцій; теоретична підготовка до лабораторних робіт; виконання домашньої контрольної роботи.
Завдання на ДКР видається на 3 лекційному занятті та має містити: аналіз приладів аналогів за характеристиками, аналіз принципу роботи методу та фізичних процесів які закладені у вимірювання. Опис роботи пристроїв, їх характеристик (значень), структурні схеми, електричні принципові схеми медичних апаратів, особливості та алгоритми їх роботи, інструкції, можливі шляхи модернізації таких пристроїв, розрахунок основних параметрів обраного блоку біомедичної апаратури.
Теми здобувач вищої освіти може обирати сам за попереднього узгодження з викладачем.

Ораєнтовні теми ДКР:

Діагностичний комплекс для кардіологічних досліджень (електрокардіографія, холтерівський моніторинг).
Сучасні методи термографічної діагностики.
Застосування термографії у клінічній медицині.
Сучасні системи реєстрації кардіологічної інформації. Системи біотелеметрії.
Сучасні діагностичні комплекси для дослідження органів дихання.
Сучасні вимірювачі об‘єму легень та спектрометри для вимірювання концентрації газів у видихуваному повітрі. Показники стану дихальної системи людини.
Сучасні пристрої для дослідження головного мозку.
Сучасні прилади для вимірювання кров‘яного тиску людини. Принцип дії, схеми, характеристики.
Сучасні діагностичні комплекси для лабораторно-клінічних досліджень. Принцип дії. Схеми, характеристики.
Лазерні системи для дослідження параметрів крові людини. Особливості роботи, схеми, характеристики.
Сучасні методи візуалізації внутрішніх органів людини. Схеми, характеристики.
Діагностична медична візуалізація. Механізм дії, схеми, характеристики.
Методи визначення характеристик біотканин, характеру функціонування при візуалізації. Схеми, характеристики.
Сучасні пристрої позитронної емісійної томографії (ПЕТ). Особливості конструкцій гамма-камер
Сучасні томографи ЯМР (ядерного магнітного резонансу).
Сучасні методи радіоспектроскопії. Синтез зображення по спектрам.
Порівняльні характеристики рентгенівських та ЯМР- томографів.
Сучасні рентгенівські установки для медичної діагностики (аналогового рентгенівського дослідження та цифрового рентгенівського дослідження). Переваги, недоліки.
Ультразвукові допплерівські методи вимірювання швидкості руху біоструктур (безперервні, імпульсні, лазерні, луна-імпульсна візуалізація). Конструкції ультразвукових перетворювачів. Клінічні застосування. Схеми пристроїв, переваги, недоліки.
Діагностика за допомогою реєстрації інфрачервоного випромінювання. Теплові приймачі. Фотоелектронні приймачі. Переваги, недоліки.
Системи сучасної клінічної НВЧ-термографії. Схеми, характеристики.
Візуалізація тканин по розподілу електричного імпедансу. Електричні властивості тканин. Клінічні застосування методу реєстрації імпедансу біотканин.
Системи НВЧ та НЗВЧ терапії. Клінічні застосування. Схеми пристроїв, переваги, недоліки.

Політика та контроль

7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

На початку семестру створюється в Telegram-чат з дисципліни для швидкої взаємодії студент-викладач. Усі студенти групу обов’язково мають бути присутні в чаті;
Відвідування лабораторних робіт та лекцій є обов’язковим;
Усі лабораторні завдання мають бути надані викладачу на перевірку у вказані терміни. За несвоєчасну здачу роботи втрачається право переробити роботу для підвищення балів;
У тому випадку, коли у викладача виникають питання щодо авторства роботи наданої студентом на перевірку, викладач має право провести додатковий захист роботи.
За активність студентів на лекціях і лабораторних роботах передбачені заохочувальні бали.
За бажанням студенти можуть підготувати доповіді з відповідної теми обсягом до 3 сторінок. формату А4

8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

За виконання кожного з завдань можна отримати наступний максимум (за умови вірності виконання та вчасного надання на перевірку):
Лекції – 3 бали за лекцію (27 балів загалом - за результатами експрес-опитування засвоєння теоретичного матеріалу).
Лабораторні роботи – 6 балів за кожну (максимальна кількість – 54 балів).
Модульна контрольна робота – 6 балів.
Домашня контрольна робота – 13 балів.
Календарний контроль
Атестацію отримують студенти що набрали 30 і 60 бал. відповідно на дату першого та другого календарного контролю.

Примітка. При умові рівномірного розподілу лабораторних робіт в семестрі. При невиконанні останньої умови про зміну обрахунку рейтингових балів студентам повідомляється на початку семестру.

Семестровий контроль: залік.

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою

Кількість балів	Оцінка
100-95	Відмінно
94-85	Дуже добре
84-75	Добре
74-65	Задовільно
64-60	Достатньо
Менше 60	Незадовільно
Не виконані умови допуску	Не допущено

9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

Є можливість зарахування сертифікатів проходження дистанційних чи онлайн курсів за відповідною тематикою (відповідність з тематикою необхідно погоджувати із лектором).

Опис матеріально-технічного та інформаційного забезпечення дисципліни

Обладнання для лекційних занять: Мультимедійний проектор EPSON EB-825H – 1 од.; Екран Projecta Pro Viev 178 x178 cм. MW – 1 од.; для проведення занять в змішаній та дистанційній формі – маршрутизатор TP-Link

Лабораторні роботи з дисципліни "Проектування біомедичної апаратури" виконуються в лаборатоії Біомедичного проектування та в комп'ютерному класі на сучасних комп'ютерах в програмному серидовищі САПР SolidWorks. Клас оснащений 12 машинами, що дає змогу кожному студенту працювати самостійно. Також в в комп'ютерному класі розміщено великий екран, на якому викладач демонструє та пояснює виконання складніших завдань. Та не є забороненим виконувати завдання на своїх ноутбуках, якщо так зручніше студентам, для цього в класі спеціально відведені посадочні місця без машин.

Обладнання для лабораторних занять:
Лабораторні макети.
Цурометр універсальний СУ-4
Рефрактометр ІРФ-402
Лазер He-Ne, потужністю 20 мВт
Лазер He-Ne, потужністю 50 мВт
Набір дифракційних граток
Мікроскоп МБС-09
Мікроскоп МБС-10
Пристрій для НВЧ терапії УВЧ-80
Пристрій для лазерної терапії вертикальний
Пристрій для лазерної терапії горизонтальний
Ваги прецизійні
Джерело світла
Програмне забезпечення SolidWorks

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено Головня В. М.;
Ухвалено кафедрою ПРЕ (протокол № 06/2025 від 25.06.2025 )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 06/2025 від 26.06.2025 )