Кафедра біомедичної інженерії |
Рівень вищої освіти | Перший (бакалаврський) |
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 3-го курсу, осінній семестр |
Обсяг дисципліни | 4 кред. (Лекц. 26 год, Практ. 28 год, Лаб. 0 год, СРС. 66 год ) |
Семестровий контроль/контрольні заходи | Залік |
Розклад занять | https://rozklad.kpi.ua |
Мова викладання | Українська / Англійська |
Інформація про керівника курсу / викладачів | Лекц.: Тарасова Л. Д., Практ.: Тарасова Л. Д., СРС.: Тарасова Л. Д. |
Розміщення курсу | https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=2541 |
В результаті вивчення навчальної дисципліни «Біомедична механіка» студенти зможуть:
Метою навчальної дисципліни є формування у студентів компетентностей у відповідності до освітньо-професійної програми «Медична інженерія».
Методи навчання
На лекціях застосовуються пояснювально-ілюстративні методи, методи проблемного викладу, інтерактивного методу. Практичні заняття проходять з використанням репродуктивного методу, частково-пошукового та інтерактивного методу.
Загальні компетентності (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/89/2021 від 19.04.2021 р.):
ЗК 1 Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях.
ЗК 2 Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності/
ЗК 4 Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій
ЗК 6 Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел
ЗК 8 Здатність приймати обґрунтовані рішення
Спеціальні (фахові) компетентності (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/89/2021 від 19.04.2021 р.):
ФК 3 Здатність вивчати та застосовувати нові методи та інструменти аналізу, моделювання, проектування та оптимізації медичних приладів і систем.
ФК 5 Здатність застосовувати фізичні, хімічні, біологічні та математичні методи в аналізі, моделюванні функціонування живих організмів та біотехнічних систем.
ФК 6 Здатність ефективно використовувати інструменти та методи для аналізу, проектування, розрахунку та випробувань при розробці біомедичних продуктів і послуг.
ФК 9 Здатність ідентифікувати, формулювати і вирішувати інженерні проблеми, пов’язані з взаємодією між живими і неживими системами.
Програмні результати навчання після вивчення дисципліни «Біомедична механіка» є (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/89/2021 від 19.04.2021 р.):
ПРН 1 Застосовувати знання основ математики, фізики та біофізики, біоінженерії, хімії, інженерної графіки, механіки, опору та міцності матеріалів, властивості газів і рідин, електроніки, інформатики, отримання та аналізу сигналів і зображень, автоматичного управління, системного аналізу та методів прийняття рішень на рівні, необхідному для вирішення задач біомедичної інженерії.
ПРН 9 Розуміти теоретичні та практичні підходи до створення та застосування штучних біологічних і біотехнічних об’єктів та матеріалів медичного призначення.
ПРН 18 Розуміння фундаментально-прикладних, медико-фізичних, фізико-хімічних закономірностей функціонування біологічних об’єктів, та біоінженерних основ технологій і обладнання для дослідження процесів організму людини.
ПРН 22 Знання загальних відомостей та принципів будови складних біологічних систем, у тому числі, організму людини, про організм людини і його функції з позицій системного підходу та використання їх в біомедичній інженерії, а також основних методів і засобів, які використовуються для кількісної оцінки функціонування фізіологічних систем.
Згідно з вимогами програми навчальної дисципліни «Біомедична механіка», студенти мають продемонструвати такі результати навчання:
знання:
вміння:
Дисципліна відноситься до вибіркових освітніх компонентів циклу професійної підготовки, базується на знаннях з дисциплін: «Анатомія та фізіології людини», «Фізика», «Матеріалознавство та конструкційні матеріали», «Кількісна фізіологія», «Механіка», «Біофізика».
Отримані практичні навички та засвоєні теоретичні знання під час вивчення навчальної дисципліни можна використовувати в подальшому під час опанування дисциплін: «Біомедичні прилади, апарати і комплекси», «Прилади контролю фізіологічних параметрів людини», при проходженні переддипломної практики та виконанні атестаційної роботи.
Тема 1. Загальні питання біомедичної механіки
Тема 2. Механіка пружних біологічних матеріалів
Тема 3. Основи реології
Тема 4. Основи теорії тонкостінних оболонок
Тема 5. Механічні властивості та функціонування скелетних м’язів
Тема 6. Механіка рідин
Тема 7. Закон в'язкого тертя. Ньютонівські та неньютонівські рідини
Тема 8. Напруження внутрішнього тертя
Тема 9. Біомеханіка серцево-судинної системи
Тема 10. Біомеханіка травної системи
Тема 11. Статика тіла
Тема 12. Біомеханіка опорно-рухового апарату
Тема 13. Кінематика і динаміка опорно-рухового апарату.
Базова література
Додаткова література
Рекомендації щодо засвоєння навчальних занять (у формі деталізованого опису кожного заняття та запланованої роботи):
Назви розділів і тем |
Лекції |
Практичні заняття |
Оцінювання практичних занять (ПЗ) |
||
Тижні навчання |
Години |
Тижні навчання |
Години |
||
Тема 1. Загальні питання біомедичної механіки |
1 |
2 |
2 |
2 |
ПЗ 1 |
Тема 2. Механіка пружних біологічних матеріалів |
2 |
2 |
3 |
2 |
ПЗ 2 |
Тема 3. Основи реології |
3 |
2 |
4 |
2 |
ПЗ 3 |
Тема 4. Основи теорії тонкостінних оболонок |
4 |
2 |
5 |
2 |
ПЗ 4 |
Тема 5. Механічні властивості та функціонування скелетних м’язів |
5 |
2 |
6 |
2 |
ПЗ 5 |
Тема 6. Механіка рідин |
6 |
2 |
7 |
2 |
ПЗ 6 |
Тема 7. Закон в'язкого тертя. Ньютонівські та неньютонівські рідини |
7 |
2 |
8 |
2 |
ПЗ 7 |
Тема 8. Напруження внутрішнього тертя |
8 |
2 |
9 |
2 |
ПЗ 8 |
Тема 9. Біомеханіка серцево-судинної системи |
9 |
2 |
10 |
2 |
ПЗ 9 |
Тема 10. Біомеханіка травної системи |
10 |
2 |
11 |
2 |
ПЗ 10 |
Тема 11. Статика тіла |
11 |
2 |
12 |
2 |
ПЗ 11 |
Тема 12. Біомеханіка опорно-рухового апарату |
12 |
2 |
13 |
2 |
ПЗ 12 |
Тема 13. Кінематика і динаміка опорно-рухового апарату. |
13 |
2 |
14 |
2 |
ПЗ 13 |
Модульна контрольна робота |
|
|
15 |
2 |
МКР |
Реферат |
|
|
15-17 |
|
Реферат |
Залік |
|
|
18 |
|
|
Всього годин |
|
26 |
|
28 |
|
Лекційні заняття
Назва теми лекції та перелік основних питань
1. Загальні питання біомедичної механіки
Предмет, об’єкт дослідження, методи і задачі біомеханіки. Основні історичні етапи. Загальні відомості про тіло людини. Стандартна людина. Геометрія мас. Напрямки, орієнтації, площини і координатні системи тіла людини. Система основних фізичних величин. Закони масштабування. Алометричні правила.
2. Механіка пружних біологічних матеріалів
Основні види деформацій, яким піддається тіло людини. Механічні властивості пружних біологічних матеріалів (модуль Юнга, коефіцієнт Пуассона, межа міцності тощо). Особливості механічних властивостей біологічних тканин і рідин. Компоненти, що входять до складу біологічних тканин. Фактори, що впливають на механічні властивості біотканин.
3. Основи реології
Реологічні властивості матеріалів на прикладі найпростіших моделей механічної поведінки тіл, а саме: пружного, в'язкого і пластичного; їх характерні особливості. Комбіновані реологічні моделі, що описують пружно-в’язкі, в’язко-пружні та в’язко-пластичні властивості матеріалів. Правила складання реологічних рівнянь. Реологічна поведінка біологічних матеріалів на прикладі кістки.
4. Основи теорії тонкостінних оболонок
Безмоментна теорія оболонок. Напруження в оболонках, що мають форму тіл обертання. Закон Лапласа. Меридіональні і окружні нормальні напруження. Визначення напружень в оболонках сферичної та циліндричної форми. Рівняння Ламе. Розрахунок оболонок, заповнених рідиною. Приклади розв’язання задач.
5. Механічні властивості та функціонування скелетних м’язів
Біомеханічні властивості м’язів. Види м’язового скорочення. Структура м’язів. Моделі скелетних м’язів. Будова м’язу з точки зору рухової діяльності. Будова і механічні властивості сухожиль. Допоміжний апарат м’язів. Механізми розвитку рухових якостей. Режими роботи м’язів. Рівняння Хілла. Принципи Вебера і Бернуллі. М’язова координація.
6. Механіка рідин
Рівняння руху ідеальної рідини. Теорема про нерозривність струменя. Рівняння нерозривності струменя при протіканні крові в судинах. Швидкість і тиск крові в різних судинах. Ламінарний і турбулентний режими течії. Рівняння Бернуллі для потоку реальної та ідеальної рідини. Кавітація.
7. Закон в'язкого тертя. Ньютонівські та неньютонівські рідини
Фізична суть в’язкості. Закон внутрішнього тертя. Градієнт швидкості. Криві течії ньютонівських рідин. Ламінарний потік ньютонівської рідини в циліндричній трубці. Рівняння Пуазейля. Гідродинамічний опір. Неньютонівські рідини, їх види, характеристики та криві течії.
8. Напруження внутрішнього тертя
Розподіл напруження внутрішнього тертя в потоці рідини. Методи визначення коефіцієнта в'язкості. Ротаційні віскозиметри. Реологічні властивості крові. Залежність в’язкості від гематокриту. Модель Кессона. Прояви тиксотропії.
9.Біомеханіка серцево-судинної системи
Режими течії крові у судинному руслі. Особливості течії крові у криволінійних судинах і при галуженні судин. Механічні властивості кровоносних судин і методи їх визначення Поширення пульсової хвилі в артеріях. Моделі гемодинаміки серцево-судинної системи. Модель Франка.
10. Біомеханіка травної системи
Механічні явища у травному тракті. Шлунок як хімічний реактор з безперервним перемішуванням. Основні типи реакторів: поршневий реактор (PFR, plug flow reactor), реактор періодичної дії (BR, batch reactor), реактор з безперервним перемішуванням (CSTR). Каскад ідеальних CSTR-реакторів. Параметри CSTR-моделі шлунку. Основні формули.
11. Статика тіла
Важелі І, ІІ і ІІІ роду. Умови рівноваги системи тіл. Окремі випадки. Методика розв’язання задач статики. Застосування законів статики до біологічних об’єктів. Рівновага багатосегментних моделей. Умови рівноваги тіла. Види рівноваги. Показники стійкості тіла.
12. Біомеханіка опорно-рухового апарату
Система скелета. Механічні властивості кісткової тканини. закон Вольфа. Руйнівна деформація. Суглоби та їх класифікація. Біомеханіка хребта. Сколіоз. Принципи діагностики і корекції сколіозу. Корсетотерапія.
13.Кінематика і динаміка опорно-рухового апарату (ОРА)
Відмінності ОРА людини від механізму. Підходи до відтворення механічних функцій ОРА. Основні поняття про механізми. Класифікація кінематичних пар. Біокінематичні ланцюги та біокінематичні пари. Біомеханічні системи верхніх і нижніх кінцівок. Біомеханічні системи, що імітують окремі фази ходи людини. Пряме і зворотне завдання кінематики. Метод перетворення координат. Динаміка опорно-рухового апарату.
Практичні заняття
Теми практичних занять (ПЗ)
№ з/п |
Види самостійних робіт |
Кіль-ть годин |
|
Опрацювання теоретичного матеріалу, розглянутого на лекціях |
26 |
|
Розв’язок задач і проведення розрахунків за тематикою практичних робіт |
26 |
|
Підготовка до модульної контрольної роботи |
4 |
|
Написання реферату |
10 |
Разом |
66 |
З дисципліни «Біомедична механіка» заплановано індивідуальне завдання у формі реферату. Основна ціль реферату – поглиблення та розширення теоретичних знань студентів з окремих тем навчальної дисципліни, отримання досвіду самостійної роботи з навчальною та науковою літературою. Реферат виконується згідно з вимогами, у термін, зазначений викладачем.
Приблизна тематика рефератів
Титульний аркуш реферату повинен мати такий зміст: назва університету; назва факультету; назва кафедри; назва навчальної дисципліни; тема реферату; рівень вищої освіти, назва спеціальності, назва освітньо-професійної програми, прізвище та ім’я студента, курс, номер академічної групи, рік.
За титульним аркушем слідує детальний план (зміст) реферату, в якому треба виділити вступ, розділи основного змісту, їх підрозділи (за потребою), висновок, список використаних джерел. У змісті праворуч позначаються номери сторінок початку кожного структурного елемента.
У вступі обґрунтовують актуальність обраної теми, оцінюють стан дослідження проблеми, формулюють мету і визначають завдання реферату, дають короткий загальний огляд наявної літератури і використаних джерел.
Основна частина включає аналітичний огляд сучасних джерел (не менше 5) та узагальнення інформації за заданою тематикою .
Реферат виконують у стилі мовлення в безособовій формі (розглянуто,, проаналізовано, доведено і т. д.). Викладання матеріалу повинно бути чітким, конкретним, супроводжуватися необхідними поясненнями з посиланням на джерела інформації. Посилання слід зазначати порядковим номером за списком використаних джерел у квадратних дужках, наприклад, «…у збірнику завдань [3, с.34] ...».
У висновку потрібно висвітлити такі аспекти:
Список використаних джерел оформляється згідно з діючими правилами. Якщо інформація взята з мережі Інтернет, потрібно, як і для звичайної літератури, вказати автора, назву статті, а потім навести адресу сайту.
Реферат має бути надрукований на стандартному аркуші формату А 4 з дотриманням таких вимог: поля ліве – 30 мм, праве – 15 мм, верхнє – 20 мм, нижнє –20 мм; шрифт Times New Roman розміром 14 пт; міжрядковий інтервал – 1,5; відступ червоного рядка – 1,25; вирівнювання тексту – за шириною.
Вимоги до обсягу реферату не висуваються. Обсяг повинен бути таким, щоб повністю розкрити суть тематики та містити всі необхідні структурні елементи. Рекомендовано не менше 10 та не більше 25 сторінок.
Кожен структурний елемент змісту роботи починається з нової сторінки. Найменування структурних елементів треба розташовувати по центру рядка без крапки в кінці, без підкреслення, відділяючи від тексту трьома міжрядковими інтервалами. Перенос складів у словах не використовується. Рисунки і таблиці повинні мати заголовки і нумерацію, узгоджену з номером розділу.
Реферат оцінюється за критеріями:
Реферати не перевіряються на плагіат, але повинні відповідати вимогам академічної доброчесності. У разі виявлення академічної недоброчесності, робота не зараховується.
Граничний термін подання реферату на оцінювання – 15-й тиждень навчання.
Правила відвідування занять
Відвідування занять
Відвідування лекційних і практичних занять не є обов’язковим. Однак, студентам рекомендується відвідувати заняття, оскільки на них викладається теоретичний матеріал, оцінюється рівень його засвоєння в ході усного опитування, розвиваються уміння і навички, необхідні для виконання завдань в рамках самостійної роботи.
Система оцінювання орієнтована на отримання балів за активність студента, а також виконання завдань, що здатні розвинути практичні уміння та навички.
Пропущені контрольні заходи
Практичні роботи, що подаються на перевірку з порушенням терміну виконання, але до терміну виставлення поточної атестації (або заліку / іспиту), оцінюються зі штрафними балами.
Практичні роботи, що подаються на перевірку з порушенням терміну виконання та після терміну виставлення поточної атестації (або заліку / екзамену), не оцінюються.
МКР і Реферат, що подається на перевірку з порушенням терміну виконання, оцінюється зі штрафними балами.
Порушення термінів виконання завдань та заохочувальні бали
Заохочувальні бали |
Штрафні бали |
||
Критерій |
Ваговий бал |
Критерій |
Ваговий бал |
Активна участь в ході усних опитувань |
+1 бал |
Порушення термінів виконання практичних робіт (за кожну таку роботу) |
Від -1 до -1,6 балів (залежить від терміну здачі)
|
Написання тез, статті, участь у міжнародних, всеукраїнських та/або інших заходах або конкурсах за тематикою навчальної дисципліни |
+ 5 балів |
Несвоєчасне написання модульної контрольної роботи |
Від -2 до -8 балів (залежить від терміну здачі) |
|
|
Несвоєчасне подання на перевірку реферату |
Від -2 до -11,2 балів (залежить від терміну здачі) |
Якщо контрольний захід був пропущений з поважної причини (хвороба, яка підтверджена довідкою встановленого зразка) – 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 з наперед визначеними процедурами. Студент має право оскаржити результати контрольних заходів згідно Положення про апеляції в КПІ ім. Ігоря Сікорського (наказ №НОН/128/2021 від 20.05.2021 р.) https://osvita.kpi.ua/node/182
Інклюзивне навчання
Навчальна дисципліна може викладатися для більшості студентів з особливими освітніми потребами, окрім осіб 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». Виконання практичних робіт і модульної контрольної роботи здійснюється під час самостійної роботи студентів у дистанційному режимі з можливістю консультування з викладачем через електронну пошту, платформу ZOOM, 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.
...
Види контролю та бали за кожен елемент контролю
№ з/п |
Контрольний захід |
% |
Ваговий бал |
Кіл-ть |
Всього |
1. |
Практична робота |
52 |
4 |
13 |
52 |
2. |
Модульна контрольна робота |
20 |
20 |
1 |
20 |
3 |
Реферат |
28 |
28 |
1 |
28 |
4. |
Залікова робота[1] |
72 |
72 |
1 |
72 |
|
Всього |
100 |
Здобувач отримує позитивну залікову оцінку за результатами роботи в семестрі, якщо має підсумковий рейтинг за семестр не менше 60 балів та виконав умови допуску до семестрового контролю, які визначені РСО.
Зі здобувачами, які не виконали всі умови допуску до заліку та мають рейтингову оцінку менше 60 балів, а також з тими здобувачами, хто бажає підвищити свою рейтингову оцінку, на останньому за розкладом занятті з дисципліни в семестрі, викладач проводить семестровий контроль у вигляді залікової контрольної роботи або співбесіди.
Після виконання залікової контрольної роботи, якщо оцінка за залікову контрольну роботу більша ніж за рейтингом, здобувач отримує оцінку за результатами залікової контрольної роботи. Якщо оцінка за залікову контрольну роботу менша ніж за рейтингом, застосовується «жорстка» РСО – попередній рейтинг здобувача (за винятком балів за Реферат) скасовується і він отримує оцінку з урахуванням результатів залікової контрольної роботи. Цей варіант формує відповідальне ставлення здобувача до прийняття рішення про виконання залікової контрольної роботи, змушує його критично оцінити рівень своєї підготовки та ретельно готуватися до заліку.
Залікова контрольна робота проводиться усно, оцінюється в 72 балів і складається з 6 питань/завдань, кожне з яких оцінюється в 12 балів. При виконанні залікової контрольної роботи студентам не дозволяється користуватися навчальними посібниками, конспектами, довідниками, телефонами, смартфонами, ПК тощо.
Календарний контроль
- 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.
[1] Враховується у разі, якщо студент не набрав 60 балів за семестр або бажає покращити свою оцінку.
Критерій |
Перший календарний контроль |
Другий календарний контроль |
||
Термін календарних контролів |
8-ий тиждень |
14-ий тиждень |
||
Умови отримання позитивного результату з календарного контролю
|
Поточний рейтинг |
≥ 14,4 балів |
≥ 31,2 балів |
|
Виконання практичних робіт |
№№ 1-6 |
+ |
+ |
|
№№ 7-13 |
– |
+ |
||
Модульна контрольна робота |
Оцінена МКР |
– |
– |
|
Реферат |
Оцінений реферат |
– |
– |
У разі виявлення академічної не доброчесності під час навчання – контрольний захід не зараховується.
Семестровий контроль. Умови допуску до семестрового контролю
Обов’язкова умова допуску до заліку |
Критерій |
Поточний рейтинг, в тому числі: |
RD ≥ 60 |
|
не менше 60 % від максимального балу |
|
не менше 60 % від максимального балу |
Результати оголошуються кожному студенту окремо у присутності або в дистанційній формі - в системі Moodle або 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.
...
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 |
Перелік питань для підготовки до модульної контрольної роботи та заліку наведено у Додатку 1.
Дистанційне навчання через проходження додаткових онлайн-курсів за певною тематикою допускається, за умови погодження зі студентами.
У разі, якщо невелика кількість студентів має бажання пройти онлайн-курс за певною тематикою, вивчення матеріалу за допомогою таких курсів допускається, але студенти повинні виконати всі завдання, що передбачені програмою навчальної дисципліни.
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, що передбачені за вивченими темами.
Додаток 1 до силабусу дисципліни
«Біомедична механіка»
Приблизний перелік питань і завдань для підготовки до модульної контрольної роботи та заліку
Навчальна та робоча програми дисципліни, РСО, силабус, онлайн-курс у Moodle, практичні заняття, навчальний посібник (електронне видання) URL https://do.ipo.kpi.ua
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено
Тарасова Л. Д.;
Ухвалено кафедрою БМІ (протокол № 1 від 31.08.2023р. )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 1 від 01.09.2023р. )