 | Кафедра біомедичної інженерії |
[BMmF 12] Штучні органи
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. 26 год, Практ. 28 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 12 |
Програма навчальної дисципліни
1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
...Основною метою навчальної дисципліни «Штучні органи» 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. Оскільки дисципліна є вибірковою, то для її вивчення необхідні знання основ розроблення експлуатаційної документації.
В процесі опанування дисципліни студенти отримають знання з історії розробки засобів протезування функцій організму і окремих органів, засвоять основні вимоги 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. Конструктивні рішення, що використовуються при створенні штучних органів та їх систем керування, проблеми відторгнення імплантованих пристроїв, травми і незгортування крові, інтерфейс із ЦНС та виконавчими органами, організація виробництва і сервісного обслуговування.
Програмні компетентності
| Інтегральна компетентність |
|
|
| Загальні компетентності (ЗК) | ||
| 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 |
| Фахові компетентності (ФК) | |
| ФК 1 | Здатність вирішувати комплексні проблеми біомедичної інженерії із застосуванням методів математики, природничих та інженерних наук |
| ФК 5 | Здатність розробляти технічні завдання на створення , а також моделювати, оцінювати, проектувати та конструювати складні біоінженерні та медико-інженерні системи і технології |
| ФК 6 | Здатність досліджувати біологічні та технічні аспекти функціонування та взаємодії штучних біологічних і біотехнічних систем |
| 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 |
| Програмні результати навчання (ПРН) | |
| ПРН 1 | Вміти аналізувати, розробляти та застосовувати технології та обладнання для дослідження фізіологічних і патологічних процесів людини, засобів сучасної діагностичної апаратури та систем відображення біомедичної інформації, відповідного програмного забезпечення, обгрунтовувати адекватні теоретичні моделі |
| ПРН 2 | Застосування методів розрахунку та вибору класичних та новітніх конструкцій, біоматеріалів, елементів прладів і систем медичного призначення |
| ПРН 5 | Володіння методами дослідження, проектування і конструювання об'єктів біомедичної техніки, аналізу і обробки експериментальних даних |
| ПРН 7 | Знання принципів розвитку і сучасних проблем створення біосумісних матеріалів в медичній практиці |
| ПРН 13 | Аналізувати і вирішувати складні медико-інженерні та біоінженерні проблеми із застосуванням математичних методів та інформаційних технологій |
| ПРН 16 | Оцінювати біологічні і технічні аспекти та наслідки взаємодії інженерно-технічних і біоінженерних об'єктів з біологічними системами, передбачувати їх взаємний вплив, правові, деонтологчні і морально-етичні насліди використання |
2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
...
Навчальна дисципліна «Штучні органи» 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 «Штучні органи» можна використовувати в подальшому під час опанування навчальної дисципліни «Наукова робота за темою магістерської дисертації», виконання переддипломної практики та є основою для підготовки магістерських дисертацій за спеціальністю і подальшої практичної роботи за фахом.Навчальна дисципліна «Штучні органи» 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 «Штучні органи» можна використовувати в подальшому під час опанування навчальної дисципліни «Наукова робота за темою магістерської дисертації», 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. Категорії технічних засобів, що застосовуються в медицині.
Тема 1.1. Сучасні потреби і проблеми створення штучних органів.
Тема 1.2. Вимоги до медичних виробів, які контактують із внутрішнім середовищем організму і призначені для імплантації.
Тема 1.3. Перспективні методи енергозабезпечення медичних пристроїв, що імплантуються.
Тема 2. Протезування дихальної системи.
Тема 2.1. Фізіологія дихальної системи.
Тема 2.2. Патофізіологія штучної вентиляції легень.
Тема 3.3. Вимоги до апаратури, яка протезує 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 пацієнтів.
Тема 4. Сучасні системи забезпечення газообміну.
Тема 4.1. Інтелектуальні режими штучної вентиляції легень.
Тема 4.2. Екстракорпоральна мембранна оксигенація.
Тема 4.3. Внутрішньосудинна оксигенація.
Тема 5. Прилади для протезування та підтримки функції серця.
Тема 5.1. Анатомо-фізіологічні основи кровообігу.
Тема 5.2. Внесок вітчизняних вчених у впровадження штучного кровообігу в практику кардіохірургії.
Тема 5.3. Медико-технічні вимоги до апаратів штучного кровообігу.
Тема 6. Апаратно-технічне забезпечення 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 7.1. 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 підтримки кровообігу та газообміну.
Тема 8.1. VADs зовнішні та імплантовані.
Тема 8.2. ІАБК.
Тема 9.3. Протези серцевих клапанів.
Тема 9. Прилади для заміщення і підтримки пейсмейкерной активності серця.
Тема 9.1. Види порушень серцевого ритму.
Тема 9.2. Пристрої для усунення брадіаритмій.
Тема 9.3. Імплантовані та зовнішні антитахіаритмічні прилади.
Тема 10. Штучна нирка.
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 еволюція протезів видільної функції.
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 його ефективності.
Тема 11.3. Перитонеальний діаліз, біотехнологічні імплантовані моделі «штучної нирки».
Тема 12. Штучна печінка, прилади для заміщення функції підшлункової залози.
Тема 12.1. Основні функції печінки, детоксикаційні процеси.
Тема 12.2. Сорбційні технології детоксикації.
Тема 12.3. Пристрої для підтримки рівня глюкози в крові.
Тема 13. Технічні засоби протезування сенсорних функцій.
Тема 13.1. Протези зорової функції.
Тема 13.2. Зовнішні та імплантовані протези слухового аналізатора.
Тема 13.3. Штучна шкіра, відновлення нервових зв’язків.
Тема 14. Протезування опорно-рухової функції.
Тема 14.1. Протези суглобів та окремих компонентів скелету.
Тема 14.2. Механічні протези кінцівок.
Тема 14.3. Біонічні, біомеханічні протези кінцівок.Основні теми, що розглядатимуться в процесі вивчення курсу:
4. Навчальні матеріали та ресурси
..Інформаційне та навчально-методичне забезпечення відповідно до технологічних вимог щодо навчально-методичного та інформаційного забезпечення освітньої діяльності відповідного рівня ВО, затверджених Постановою Кабінету Міністрів України від 30.12.2015 р. № 1187, чинна в редакції від 23.05.2018 р. № 347. Користування Науково-технічною бібліотекою КПІ ім. Ігоря Сікорського.
Базова література
- Artificial Organ Engineering / Annesini M.C., Marrelli L., Piemonte V., Turchetti L. - London, Springer-Verlag, 2017. – 300 p.
- Національний стандарт України: Вироби медичні. Класифікація залежно від потенційного ризику застосування. Загальні вимоги. ДСТУ 4388:2005. – К.: Держспоживстандарт України, 2005. – 16 с.
- Saltzman W. M. Biomedical Ingineering. Bridging Medicine and Technology. - Cambridge, Cambridge University Pres, 2009. – 620 p.
- Miller G.E. Artificial Organs. – Virginia, Morgan & Clаypool publ., 2006. – 60 p.
- Biomaterials, artificial organs and tissue engineering. Eds. Hench L.L., Jones J.R. - Cambridge, Woodhead Publ. ltd., 2006. – 306 p.
Допоміжна
6. Medical Devices and Systems. Biomedical Ingineering Handbook. 3d ed. Edited by J.D. Bronzino. - Boca Raton, Taylor & Francis, 2006. – 1974 p.
7. Clark D. V., Jr., Newman, M. G., Olson, V. H. and oth. Ed. D. G. Webster. Medical devices. Development and application of. – K.: Medtorg, 2004. – 706 p.
Навчальний контент
5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
..
|
№ з/п |
Тема |
Програмні результати навчання |
Контрольний захід |
Термін виконання |
|
1 |
Категорії технічних засобів, що застосовуються в медицині |
ПРН 1 |
Практична робота 1 |
1-й тиждень |
|
2 |
Протезування дихальної системи
|
ПРН 2 |
Практична робота 2 |
2-й тиждень |
|
3 |
Апаратура для заміщення функції легень
|
ПРН 5 |
Практична робота 3 |
3-й тиждень |
|
4 |
Сучасні системи забезпечення газообміну
|
ПРН 7 |
Практична робота 4 |
4-й тиждень |
|
5 |
Класифікація апаратів механічної вентиляції легень, їх різновиди
|
ПРН 13 |
Практична робота 5 |
5-й тиждень |
|
6 |
Методи і режими механічної вентиляції легень.
|
ПРН 2 |
Практична робота 6 |
6-й тиждень |
|
7 |
Історія розвитку і сучасний стан апаратно – технічного забезпечення штучного кровообігу. Біомеханіка системи кровообігу |
ПРН 5 |
Практична робота 7 |
7-й тиждень |
|
8 |
Основні функціональні вузли апаратів штучного кровообігу. Вимоги до матеріалів контуру пацієнта |
ПРН 2 |
Практична робота 8 |
8-й тиждень |
|
9 |
Штучне серце, його різновиди |
ПРН 7 |
Практична робота 9 |
9-й тиждень |
|
10 |
Модульна контрольна робота |
ПРН 5 ПРН 13 |
Практична робота 10. Виконання модульної контрольної роботи |
10-й тиждень |
|
11 |
Допоміжні пристрої підтримки кровообігу і газообміну (ЕКМО, VADs, контрапульсація) |
ПРН 1 ПРН 16 |
Практична робота 11 |
11-й тиждень |
|
12 |
Прилади для заміщення і підтримки пейсмейкерной активності серця |
ПРН 3 |
Практична робота 12. Захист рефератів |
12-й тиждень |
|
13 |
Штучна нирка. Гострий та хронічний гемодіаліз. Перитонеальний діаліз. |
ПРН 7 |
Практична робота 13 |
13-й тиждень |
|
14 |
Залік |
ПРН 5 ПРН 13 ПРН 16 |
Практична робота 14 |
14-й тиждень |
.
6. Самостійна робота студента
..
Самостійна робота студентів полягає у вивченні додаткових інформаційних матеріалів за темами дисципліни, виконанні реферату та в підготовці до модульної контрольної роботи і диференційованого 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.
Вдосконалення практичних робіт - 1 бал за кожну практичну роботу
Проходження дистанційних курсів за темами, які узгоджені з викладачем - 5 балів
Оформлення наукової роботи для участі в конкурсі студентських наукових робіт - 10 балів
Написання тез, статті, участь у міжнородних, всеукраїнських та/або інших заходах або конкурсах за тематикою навчальної дисципліни - 5 балів
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 «Штучні органи» 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)
|
№ |
Контрольний захід |
% |
Ваговий |
Кіл-ть |
Всього |
|
|
з/п |
бал |
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
1. |
Виконання практичних робіт |
60 |
5 |
12 |
60 |
|
|
2. |
Модульна контрольна робота |
20 |
20 |
1 |
20 |
|
|
3. |
Захист реферату |
20 |
20 |
1 |
20 |
|
| Всього | 100 | |||||
|
|
Залікова робота* |
|
|
|
100 |
*Враховується в суму рейтингу у разі, якщо студент не набрав 60 балів за семестр або він хоче покращити свою оцінку.
Абітурієнт отримує позитивний залік за результатами семестру, якщо він має підсумковий рейтинг за семестр не менше 60 балів і виконав умови допуску до семестрового контролю, які визначаються РСО (Рейтингова Система Оцінювання).
З абітурієнтами, які виконали всі умови допуску до тестування та мають рейтинг менше 60 балів, а також з тими абітурієнтами, які бажають підвищити свій рейтинг, на останньому за розкладом у семестрі занятті викладач проводить семестровий контроль. у формі тестування або співбесіди. Після виконання тесту, якщо бал за тест вище рейтингової, абітурієнт отримує бал за результатами тесту. Якщо оцінка заліку нижча за рейтингову, то використовується «жорстка» РСО – попередній рейтинг абітурієнта (крім балів за семестрове індивідуальне завдання) анулюється і йому виставляється оцінка за результатами заліку. Такий варіант формує відповідальне ставлення абітурієнта до рішення про проходження тесту, змушує його критично оцінювати рівень своєї підготовки та ретельно готуватися до тестування.
Календарний контроль (КК) - провадиться двічі на семестр, як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу. Метою проведення календарного контролю є підвищення якості навчання студентів та моніторинг виконання графіка освітнього процесу студентами.
Термін 8-й тиждень 14-й тиждень
Поточний рейтинг більше 12 балів більше 24 балів
Виконання практичних №№ 1-12 №№ 1 - 12
- №№ 13 - 20
Виконання МКР - +
У разі виявлення акадамічної недоброчесності під час навчання - контрольний захід не зараховується.
Семестрова атестація студентів
|
|
Обов'язкова умова допуску до заліку |
|
|
1 |
Поточний рейтинг |
RD ≥ 60 |
|
2 |
Виконання практичних робіт |
до RD ≥ 60 |
|
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.
Залік проводиться в усній формі
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
Cилабус, РСО, навчальні посібники, проектор для презентації лекцій та практичних занять, індивідуальні ПЕОМ студентів і викладача з програмним забезпеченням загального призначення (Microsoft Office, Excel, Power Point, Math Type та інш.), інтерактивна дошка.
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено
Козяр В. В.;
Ухвалено кафедрою БМІ (протокол № № 1 від 31.08.2023 )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № № 1 від 01.09.2023 )