 | Кафедра біомедичної інженерії |
[BMmF 01] Прилади для заміщення життєво-важливих функцій організму
Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
Реквізити навчальної дисципліни
| Рівень вищої освіти | Другий (магістерський) |
| Галузь знань | 16 - Хімічна та біоінженерія |
| Спеціальність | 163 - Біомедична інженерія |
| Освітня програма | Всі ОП |
| Статус дисципліни | Вибіркова (Ф-каталог) |
| Форма здобуття вищої освіти | Очна |
| Рік підготовки, семестр | Доступно для вибору починаючи з 1-го курсу, весняний семестр |
| Обсяг дисципліни | 4 кред. (Лекц. 18 год, Практ. 36 год, Лаб. год, СРС. 66 год ) |
| Семестровий контроль/контрольні заходи | Залік |
| Розклад занять | https://rozklad.kpi.ua |
| Мова викладання | Українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів | Лекц.: Козяр В. В., Практ.: Козяр В. В., СРС.: Козяр В. В. |
| Розміщення курсу | my.kpi.ua, BMmF 01 |
Програма навчальної дисципліни
1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
... Основною метою навчальної дисципліни «Прилади для заміщення життєво-важливих функцій організму» є формування у студентів здатності проектувати, конструювати вдосконалювати та застосовувати медико -технічні та біоінженерні вироби, здатні ефективно замінювати втрачені функції організму, оцінювати біологічні і технічні аспекти та наслідки взаємодії інженерно -технічних і біоінженерних об’єктів з фізіологічними системами, передбачувати їх взаємний вплив.
Метою викладання дисципліни є надання студентам теоретичних знань та формування у них практичних умінь і навичок щодо історії розробки засобів протезування функцій організму і окремих органів, основних вимог до штучних органів, ступінь наближення їх можливостей до фізіологічних потреб, існуючі і перспективні технології екстракорпорального та інтракорпорального протезування органів і функцій людського організму, вимоги щодо біосумісності застосовуваних сировинних матеріалів та енергозабезпечення штучних органів. Дисципліна охоплює, також, питання конструктивних рішень, що використовуються при створенні штучних органів та систем їх керування, проблеми відторгнення імплантованих пристроїв, травми і незгортування крові, інтерфейс із ЦНС та виконавчими органами, організацію виробництва і сервісного обслуговування.
Завданнями вивчення навчальної дисципліни є:
- виявлення сучасних потреб і проблем створення штучних органів;
- засвоєння фундаментально-прикладних, медико-фізичних та біоінженерних основ технологій для протезування фізіологічних процесів людини;
- оволодіння методами розрахунку та вибору класичних та новітніх конструкцій, біоматеріалів, елементів, приладів і систем для заміщення функцій організму;
- оволодіння методами проектування і конструювання біосумісних автономних штучних органів що імплантуються;
- набуття знань загальних принципів та основних методів оцінки функціонального стану органів та систем людини, який передбачає використання штучних органів;
- оволодіння методами вимірювання основних показників функціонування штучних органів та оцінки результатів їх застосування.
Загальні компетентності (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/165/2023 від 17.05.2023 р.):
- ЗК 1 - Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу.
- ЗК 2 - Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел.
- ЗК 3 - Вміння виявляти, ставити та вирішувати проблеми.
-
Спеціальні (фахові) компетентності (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/165/2023 від 17.05.2023 р.):
-
ФК 4 - Здатність створювати і вдосконалювати засоби, методи та технології біомедичної інженерії для дослідження і розробки біоінженерних об’єктів та систем медико-технічного призначення.
-
ФК 6 - Здатність досліджувати біологічні та технічні аспекти функціонування та взаємодії штучних біологічних і біотехнічних систем.
-
ФК 11 - Здатність розробляти, планувати і застосовувати математичні методи в аналізі, моделюванні функціонування живих організмів, систем і процесів в біології та медицині.
-
ФК 12 - Здатність проводити дослідження та спостереження щодо взаємодії біологічних, природних та штучних систем (протези, штучні органи та ін.), планувати біотехнічні випробування штучних протезів та систем.
-
Програмними результатами навчання після вивчення дисципліни «Прилади для заміщення життєво-важливих функцій організму» є (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/89/2021 від 19.04.2021 р):
-
ПРН 2 - Застосування методів розрахунку та вибору класичних та новітніх конструкцій біоматеріалів, елементів приладів і систем медичного призначення.
-
ПРН 5 - Володіння методами дослідження, проектування і конструювання об’єктів біомедичної техніки, аналіз і обробку експериментальних даних.
-
ПРН 6 - Знання загальних вимог до умов виконання інженерних, технічних, накуових проектів
-
ПРН 7 - Знання принципів розвитку і сучасних проблем створення біосумісних матеріалів в медичній практиці.
-
ПРН 14 - Створювати і вдосконалювати засоби, методи та технології біомедичної інженерії для всебічного дослідження і розробки біоінженерних об’єктів та систем медико-технічного призначення
-
ПРН 16 - Оцінювати біологічні і технічні аспекти та наслідки взаємодії інженерно-технічних і біоінженерних об’єктів з біологічними системами, передбачувати їх взаємний вплив, правові, деонтологічні і морально-етичні наслідки використання.
2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
...Навчальна дисципліна «Прилади для заміщення життєво-важливих функцій організму» має міждисциплінарний характер. Вона інтегрує, відповідно до свого предмету, знання з інших навчальних дисциплін: біології, анатомії та клінічної фізіології, цифрової та аналогової схемотехніки, проектування та конструювання електронної медичної техніки, тощо. За структурно-логічною схемою програми підготовки магістрів дисципліна тісно пов’язана із дисципліною «Медичні мікропроцесорні системи». Отримані практичні навички та засвоєні теоретичні знання під час вивчення навчальної дисципліни «Прилади для заміщення життєво важливих функцій організму» можна використовувати в подальшому під час виконання переддипломної практики та є основою для підготовки магістерських дисертацій за спеціальністю і подальшої практичної роботи за фахом.
3. Зміст навчальної дисципліни
...Основні теми, що розглядатимуться в процесі вивчення курсу:
Тема 1. Технічні засоби, що застосовуються в медицині.
Тема 1.1. Міжнародні директиви стосовно виробів медичного призначення.
Тема 1.2. Сучасні потреби підтримки життєво-важливих функцій організму.
Тема 1.3. Вимоги до медичних виробів, які контактують із внутрішнім середовищем організму.
Тема 2. Заміщення функції системи газообміну.
Тема 2.1. Фізіологія газообміну людини.
Тема 2.2. Відмінності механічної вентиляції легень від спонтанної.
Тема 3.3. Вимоги до апаратури, яка заміщує функцію легень.
Тема 3. Апаратура для заміщення функції легень.
Тема 3.1. Типи апаратів механічної вентиляції легень.
Тема 3.2. Методи і режими штучної вентиляції легень.
Тема 3.3. Кондиціонування дихальних сумішей та моніторинг газообміну пацієнтів.
Тема 4. Сучасні системи забезпечення газообміну.
Тема 4.1. Адаптовані до індивідуальних потреб інтелектуальні режими механічної вентиляції легень.
Тема 4.2. ЕКМО в арсеналі допомоги пацієнтам в критичних станах.
Тема 4.3. Внутрішньосудинна оксигенація.
Тема 5. Прилади для заміщення та підтримки функції серця.
Тема 5.1. Анатомо-фізіологічні основи кровообігу, фізичні аналогії.
Тема 5.2. Внесок вітчизняних вчених у розвиток технології штучного кровообігу.
Тема 5.3. Сучасні вимоги до апаратів штучного кровообігу.
Тема 6. Апарати штучного кровообігу.
Тема 6.1. Основні функціональні вузли АШК.
Тема 6.2. Конструкція і характеристики сучасних оксигенаторів.
Тема 6.3. Ускладнення при проведення штучного кровообігу.
Тема 7. Технічні засоби для заміщення функції серця.
Тема 7.1. Вимоги до присторїв заміщення функції серця.
Тема 7.2. Різновиди штучного серця за ступенем автономності.
Тема 7.3. Проблеми управління та енергозабезпечення штучного серця.
Тема 8. Додаткові пристрої заміщення функції серцево-судинної системи.
Тема 8.1. Зовнішні та імплантовані пристрої допомоги серцевим шлуночкам.
Тема 8.2. Внутрішньоаортальні балонні контрапульсатори.
Тема 9.3. Механічні протези серцевих клапанів.
Тема 9. Прилади для заміщення і підтримки пейсмейкерной активності серця.
Тема 9.1. Види порушень серцевого ритму.
Тема 9.2. Електрокардіостимулятори, їх типи, кодування.
Тема 9.3. Імплантовані кардіовертери та зовнішні дефібрилятори.
Тема 10. Технічні засоби заміщення і підтримки видільної функції.
Тема 10.1. Анатомія та фізіологія нирок, їх структурні одиниці.
Тема 10.2. Показники функціонування нирок в нормі та при патологічних станах.
Тема 10.3. Історія створення та сучасна діалізна апаратура.
Тема 11. Гострий та хронічний гемодіаліз.
Тема 11.1. Фізико-хімічні основи діалізу, його види, покази до застосування.
Тема 11.2. Режими гемодіалізу, сучасне технічне забезпечення процесів. контроль ефективності.
Тема 11.3. Перитонеальний діаліз, біотехнологічні імплантовані моделі «штучної нирки».
Тема 12. Прилади для заміщення функції печінки та підшлункової залози.
Тема 12.1. Основні функції печінки, етапи детоксикації в ній.
Тема 12.2. Сорбційні технології заміщення детоксикаційної функції печінки.
Тема 12.3. Апарати із зворотнім зв’язком для заміщення інкреторної функції підшлункової залози.
Тема 13. Технічні засоби заміщення та підтримки сенсорних функцій.
Тема 13.1. Пристрої для заміщення різних ланок зорового аналізатора.
Тема 13.2. Зовнішні та імплантовані протези слухового аналізатора.
Тема 13.3. Штучна шкіра, засоби відновлення провідних шляхів.
Тема 14. Засоби заміщення втраченої опорно-рухової функції.
Тема 14.1. Протези кінцівок із біомеханічним управлінням.
Тема 14.2. Заміщення втрачених кінцівок механічними протезами.
Тема 14.3. Протези суглобів та окремих компонентів скелету.
4. Навчальні матеріали та ресурси
...Базова
1. Artificial Organ Engineering / Annesini M.C., Marrelli L., Piemonte V., Turchetti L. - London, Springer-Verlag, 2017. – 300 p.
2. Introduction to biomedical engineering / Еds: J. D. Enderle, S.M. Blanchard, J.D. Bronzino. - Academic press, 2000. – 1062 с. (кафедра БМІ).
3. Белебезьев Г.И., Козяр В.В. Физиология и патофизиология искусственной вентиляции легких. - Киев: Ника-центр, 2003. – 312 с. (бібліотека ФБМІ).
4. Локшин Л.С., Лурье Г.О., Дементьева И.И. Искусственное и вспомогательное кровообращение в сердечно – сосудистой хирургии. М.: НЦХ РАМН,1998, - 212 с.
5. Хенч Л., Джонс Д. Биоматериалы, искусственные органы и инжениринг тканей. М., Техносфера, 2007. – 304 с.
Допоміжна
6. Miller G.E. Artificial Organs. Sinthesis Lectures of Biomedical Engineering, lect. 4. N.Y., Morgan and Claypool, 2006. -72 p.
7. Національний стандарт України: Вироби медичні. Класифікація залежно від потенційного ризику застосування. Загальні вимоги. ДСТУ 4388:2005. – К.: Держспоживстандарт України, 2005. – 16 с.(НТБ «КПІ», кафедра БМІ ).
9. Національний стандарт України: Вироби медичні. Розроблення і ставлення на виробництво. ДСТУ 3627:2005. – К.: Держспоживстандарт України, 2005. – 32 с. (НТБ «КПІ», кафедра БМІ).
Навчальний контент
5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
...
|
№ з/п |
Тема |
Програмні результати навчання |
Основні завдання |
|
|---|---|---|---|---|
|
Контрольний захід |
Термін виконання |
|||
|
1. |
Технічні засоби, що застосовуються в медицині. |
ПРН 2 ПРН 5 |
Практична робота 1 |
1-й тиждень |
|
2. |
Заміщення функції системи газообміну. |
ПРН 5 ПРН 6 |
Практична робота 2 Практична робота 3 |
2-й тиждень |
|
3. |
Апаратура для заміщення функції легень. |
ПРН 6 ПРН 7 |
Практична робота 4 Практична робота 5 |
3-й тиждень |
|
4. |
Сучасні системи забезпечення газообміну. |
ПРН 2 ПРН 14 |
Практична робота 6 Практична робота 7 |
4-й тиждень |
|
5. |
Прилади для заміщення та підтримки функції серця. |
ПРН 5 ПРН 16 |
Практична робота 8 Практична робота 9 |
5-й тиждень |
|
6. |
Апарати штучного кровообігу. |
ПРН 7 ПРН 14 |
Практична робота 10 Практична робота 11 |
6-й тиждень |
|
7. |
Технічні засоби для заміщення функції серця. |
ПРН 4 ПРН 16 |
Практична робота 12 Практична робота 13 |
7-й тиждень |
|
8. |
Додаткові пристрої для заміщення функції серцево-судинної системи. |
ПРН 5 ПРН 7 |
Практична робота 14 |
8-й тиждень |
|
9. |
Прилади для заміщення і підтримки пейсмейкерной активності серця. |
ПРН 14 ПРН 16 |
Практична робота 15 Практична робота 16 |
9-й тиждень |
|
10. |
Технічні засоби заміщення і підтримки видільної функції. |
ПРН 6 ПРН 7 |
Практична робота 17 МКР |
10-й тиждень |
|
11. |
Гострий та хронічний гемодіаліз. |
ПРН 7 ПРН 16 |
Практична робота 18 |
11-й тиждень |
|
12. |
Прилади для заміщення функції печінки та підшлункової залози. Модульна контрольна робота. |
ПРН 5 ПРН 14 |
Практична робота 19 Захист рефератів |
12-й тиждень |
|
13. |
Технічні засоби заміщення та підтримки сенсорних функцій. |
ПРН 6 ПРН 14 |
Практична робота 20 |
13-й тиждень |
|
14. |
Засоби заміщення втраченої опорно-рухової функції. |
ПРН 5, 6, 7 ПРН 16 |
Залік |
14-й тиждень |
6. Самостійна робота студента
...Одним з основних видів семестрового контролю під час опанування навчальної дисципліни є написання і захист реферату. Даним силлабусом виконання реферату передбачене. Години самостійної роботи використовуються студентами також для підготовки до поточних занять та до заліку.
Політика та контроль
7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
...Відвідування занять
Відвідування лекційних занять не є обов’язковим. Відвідування практичних занять є бажаним, оскільки на них виконуються тестові завдання, а також відбувається пояснення виконання наступних практичних робіт та їх здача. Система оцінювання орієнтована на отримання балів за активність студента, а також виконання завдань, які здатні розвинути практичні уміння та навички.
Пропущені контрольні заходи
Пропущені контрольні заходи (захист практичних робіт) обов’язково відпрацьовуються на наступних заняттях за умови виконання завдання, яке заплановано на поточному занятті, або на консультаціях. Пропущене написання модульної контрольної роботи не відпрацьовується.
Порушення термінів виконання завдань та заохочувальні бали
|
Заохочувальні бали |
Штрафні бали* |
||
|
Критерій |
Ваговий бал |
Критерій |
Ваговий бал |
|
Вдосконалення практичних робіт |
1 бал (за кожну практичну роботу) |
Несвоєчасне виконання практичної роботи |
Від -0,5 бали до -3 балів (залежить від терміну здачі) |
|
Проходження дистанційних курсів за темами, які узгоджені з викладачем |
5 балів |
Несвоєчасне виконання та захист реферату |
Від -2 балів до -10 балів (залежить від терміну здачі) |
|
Оформлення наукової роботи для участі у конкурсі студентських наукових робіт |
10 балів |
|
|
|
Написання тез, статті, участь у міжнародних, всеукраїнських та/або інших заходах або конкурсах за тематикою навчальної дисципліни |
5 балів |
|
|
* якщо контрольний захід був пропущений з поважної причини (хвороба, яка підтверджена довідкою встановленого зразку) – штрафні бали не нараховуються.
Академічна доброчесність
Політика та принципи академічної доброчесності визначені у розділі 3 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code.
Норми етичної поведінки
Норми етичної поведінки студентів і працівників визначені у розділі 2 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code.
Процедура оскарження результатів контрольних заходів
Студенти мають можливість підняти будь-яке питання, яке стосується процедури контрольних заходів та очікувати, що воно буде розглянуто згідно із наперед визначеними процедурами. Студент має право оскаржити результати контрольного заходу згідно затвердженого положення Про апеляції в КПІ імені Ігоря Сікорського (затверджено наказом №НОН/128/2021 від 20.05.2021 р.) - https://osvita.kpi.ua/index.php/node/182
Інклюзивне навчання
Навчальна дисципліна «Прилади для заміщення життєво важливих функційорганізму» може викладатися для більшості студентів з особливими освітніми потребами, окрім студентів з серйозними вадами зору, які не дозволяють виконувати завдання за допомогою персональних комп’ютерів, ноутбуків та/або інших технічних засобів.
Дистанційне навчання
Дистанційне навчання відбувається через Платформу дистанційного навчання «Сікорський». Дистанційне навчання через проходження додаткових он-лайн курсів за певною тематикою допускається за умови погодження зі студентами. У разі, якщо невелика кількість студентів має бажання пройти он-лайн курс за певною тематикою, вивчення матеріалу за допомогою таких курсів допускається, але студенти повинні виконати всі завдання, які передбачені у навчальній дисципліні.
Список курсів пропонується викладачем після виявлення бажання студентами (оскільки банк доступних курсів поновлюється майже щомісяця).
Студент надає документ, що підтверджує проходження дистанційного курсу (у разі проходження повного курсу) або надає виконані практичні завдання з дистанційного курсу та за умови проходження усної співбесіди з викладачем за пройденими темами може отримати оцінки за контрольні заходи, які передбачені за вивченими темами (експрес-контрольні / тестові завдання, практичні роботи). Виконання практичних робіт здійснюється під час самостійної роботи студентів у дистанційному режимі (з можливістю консультування з викладачем через електронну пошту, соціальні мережі).
Навчання іноземною мовою
Навчання англійською мовою здійснюється лише для студентів-іноземців. За бажанням студентів, допускається вивчення матеріалу за допомогою англомовних онлайн-курсів за тематикою, яка відповідає тематиці конкретних занять.
8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)
...Система оцінювання (поточний контроль):
|
№ з/п |
Контрольний захід |
% |
Ваговий бал |
Кіл-ть |
Всього |
|
1. |
Захист реферату |
20 |
20 |
1 |
20 |
|
2. |
Виконання та захист практичних робіт |
60 |
3 |
20 |
60 |
|
3. |
Модульна контрольна робота |
20 |
20 |
1 |
20 |
|
5. |
Залікова робота1 |
100 |
100 |
1 |
100 |
|
|
Всього |
100 |
|||
[1] Враховується в суму рейтингу у разі, якщо студент не набрав 60 балів за семестр або він хоче покращити свою оцінку.
Календарний контроль (КК) - проводиться двічі на семестр, як моніторинг поточного стану виконання вимог силлабусу. Метою проведення календарного контролю є підвищення якості навчання студентів та моніторинг виконання графіка освітнього процесу студентами.
|
Критерій |
Перший КК |
Другий КК |
||
|
Термін календарних контролів |
8-ий тиждень |
14-ий тиждень |
||
|
Умови отримання позитивного результату з календарного контролю |
Поточний рейтинг |
≥ 12 балів |
≥ 24 бали |
|
|
Виконання практичних робіт |
ПР №№ 1-10 |
+ |
- |
|
|
|
- |
|
||
|
Виконання практичних робіт |
ПР №№ 11-21 |
|
+ |
|
|
|
- |
|
||
|
Модульна контрольна робота |
Оцінена МКР |
- |
+ |
|
У разі виявлення академічної не доброчесності під час навчання – контрольний захід не зараховується.
Семестрова атестація студентів
|
Обов’язкова умова допуску до заліку |
Критерій |
|
|
1 |
Поточний рейтинг |
RD ≥ 60 |
|
2 |
Виконання практичних робіт |
Більше 30 балів |
|
3 |
Отримання позитивної оцінки за модульну контрольну роботу |
Більше 6 балів |
|
4 |
Захист реферату |
Більше 6 балів |
Результати оголошуються кожному студенту окремо у присутності на контрольному заході або в дистанційній формі (е-поштою). Також фіксуються в системі «Електронний кампус».
Необов’язкові умови допуску до заліку:
- Активність на практичних заняттях.
- Позитивний результат першої атестації та другої атестації.
- Відвідування лекційних занять.
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)
... Перелік запитань для підготовки до модульної контрольної роботи, а також для підготовки до заліку наведений у додатку 1.
Дистанційне навчання через проходження додаткових он-лайн курсів за певною тематикою допускається за умови погодження зі студентами. У разі, якщо невелика кількість студентів має бажання пройти он-лайн курс за певною тематикою, вивчення матеріалу за допомогою таких курсів допускається, але студенти повинні виконати всі завдання, які передбачені у навчальній дисципліні.
Список курсів пропонується викладачем після виявлення бажання студентами (оскільки банк доступних курсів поновлюється майже щомісяця). Студент надає документ, що підтверджує проходження дистанційного курсу (у разі проходження повного курсу) або надає виконані практичні завдання з дистанційного курсу та за умови проходження усної співбесіди з викладачем за пройденими темами може отримати оцінки за контрольні заходи, які передбачені за вивченими темами (експрес-контрольні / тестові завдання, практичні роботи).
Опис матеріально-технічного та інформаційного забезпечення дисципліни
--Проектор для презентації лекційних та практичних занять, індивідуальні ПЕОМ студентів і викладача з програмним забезпеченням загального призначення (Microsoft Office, Excel, Power Point, MathType і т.п.), інтерактивна дошка.
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено
Козяр В. В.;
Ухвалено кафедрою БМІ (протокол № 16 від 21.06.2024р. )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 9 від 26.06.2024р. )