![]() | Кафедра біомедичної інженерії |
Рівень вищої освіти | Другий (магістерський) |
Галузь знань | G - Інженерія, виробництво та будівництво |
Спеціальність | G22 - Біомедична інженерія |
Освітня програма | 163Мп РБФІ+ - Регенеративна та біофармацевтична інженерія (ЄДЕБО id: 58776)G22Мп РБФІ - Регенеративна та біофармацевтична інженерія (ЄДЕБО id: 83698) |
Статус дисципліни | Нормативна |
Форма здобуття вищої освіти | Очна |
Рік підготовки, семестр | 1 курс, осінній семестр |
Обсяг дисципліни | 4 кред. (Лекц. 16 год, Практ. 30 год, Лаб. год, СРС. 74 год ) |
Семестровий контроль/контрольні заходи | Залік |
Розклад занять | https://rozklad.kpi.ua |
Мова викладання | Українська |
Інформація про керівника курсу / викладачів | Лекц.: Максименко В. Б., Практ.: Сичик М. М., СРС.: Сичик М. М. |
Розміщення курсу | Платформа «Сікорський» - курс «Штучні органи» |
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.
Спеціальні (фахові) компетентності:
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 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 8 - Здатність розробляти моделі та проводити експерименти, спрямовані на вирішення проблем, пов’язаних із здоров’ям людини, відповідно до конкретних потреб наукового пошуку, аналізувати, пояснювати результати та оцінювати вартість досліджень.
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 «Штучні органи»:
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, обґрунтовувати адекватні теоретичні моделі.
ПРН 2 - Застосування методів розрахунку та вибору класичних та новітніх конструкцій біоматеріалів, елементів приладів і систем медичного призначення.
ПРН 4 - Володіння методами проектування цифрових мікропроцесорних і біотехнічних систем медичного призначення.
ПРН 5 - Володіння методами дослідження, проектування і конструювання об’єктів біомедичної техніки, аналіз і обробку експериментальних даних.
ПРН 7 - Знання принципів розвитку і сучасних проблем створення біосумісних матеріалів в медичній практиці.
ПРН 9 - Розуміння етичних, екологічних і комерційних обмежень в інженерній практиці.
ПРН 12 - Проектувати, конструювати вдосконалювати та застосовувати медико технічні та біоінженерні вироби, прилади, апарати і системи з дотриманням технічних вимог, а також супроводжувати їх експлуатацію.
ПРН 13 - Аналізувати і вирішувати складні медико інженерні та біоінженерні проблеми із застосуванням математичних методів та інформаційних технологій.
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 15 - Розробляти, планувати, виконувати та обґрунтовувати інноваційні проекти біоінженерних об’єктів та систем медико технічного призначення з урахуванням інженерних, медичних, правових, економічних, екологічних та соціальних аспектів, здійснювати їх інформаційне та методичне забезпечення.
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.
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.
Основні теми, що розглядатимуться в процесі вивчення курсу:
Тема 1. Загальна характеристика штучних органів. Класифікація медичних засобів, що належать до штучних органів. Принципи взаємодії штучних органів з організмом. Основні медично-орієнтовані напрями досліджень.
Тема 2. Принципи ендопротезування. Біоматеріали для ендопротезів. CAD/CAM технології. Остеоінтегративні технології. Ендопротези сенсорних систем.
Тема 3. Газотранспортна функція легень. Принципи масопереносу в біологічних системах (закон Фіка, закон Генрі). Природна вентиляція легень. Газообмін через альвеолярну мембрану. Штучні легені (оксигенератори крові). Основні функціональні вузли АШК. Конструкція і характеристики сучасних оксигенаторів. Штучні біонічні легені.
Тема 4. Штучне серце. Принципи механічної підтримки серця. Насоси крові різних типів. Їх переваги та недоліки. Штучне серце (механічне і біонічне). Ендопротези для серця і судин. Протези серцевих клапанів.
Тема 5. Штучні водії серцевого ритму. Судинні протези і стенти.
Тема 6. Штучна нирка. Масообмінна функція нирки. Техніка і технологія гемодіалізу. Біонічна штучна нирка.
Тема 7. Штучна печінка. Будова та функція печінки. Техніка і технологія штучної печінки. Регенеративне відновлення печінки.
Тема 8. Гібернація і штучна терморегуляція. Апарати для транспортування донорських органів. Етичні і деонтологічні принципи застосування штучних органів і трансплантатів.
Базова
1.Протезування та штучні органи: навчальний посібник для самостійної роботи студентів за спеціальністю 163 Біомедична інженерія. Укладачі: Коренівська О.Л. Житомир: Державний університет «Житомирська політехніка», 2023. – 26с.
2.Протезування та штучні органи: Конспект лекцій [Електронний ресурс] : навч. посіб. для студ. спеціальності 163 «Біомедична інженерія» / І. Ю. Худецький, Ю. В. Антонова-Рафі, Г. В. Мельник, Є. В. Сніцар ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 21,124Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. – 184 с.
Допоміжна
1.https://www.the-scientist.com/artificial-organs-innovating-to-replace-donors-and-dialysis-70907
2.https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/artificial-organ
3.https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6322143/
4.https://www.ebsco.com/research-starters/biotechnology/artificial-organs
5.https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-97-5456-4_7?fromPaywallRec=true
6.https://www.rivm.nl/bibliotheek/rapporten/360050011.pdf
7.https://journals.sagepub.com/home/JAO
Інформаційні ресурси
1. Електронний каталог бібліотеки КПІ: http://library.kpi.ua/resources/databases/tutorials
2. Електронний каталог Національної бібліотеки України ім. В.І. Вернадського:
http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi- bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?C21COM=F&I21DBN=EC&P21DBN=EC&S21CNR=20&Z21ID=
3. Електронний каталог Державної науково-технічної бібліотеки України: http://rs.gntb.gov.ua/cgi- bin/irbis64r_81/cgiirbis_64.exe?C21COM=F&I21DBN=IBIS&P21DBN=IBIS&Z21ID
№ з/п |
Тема |
Програмні результати навчання |
Основні завдання |
|
Контрольний захід |
Термін виконання |
|||
1. |
Загальна характеристика штучних органів. Класифікація медичних засобів, що належать до штучних органів. Принципи взаємодії штучних органів з організмом. Основні медично-орієнтовані напрями досліджень. Розуміння принципів роботи штучних органів, їх класифікації та взаємодії з організмом у контексті медичної інженерії. |
ПРН 1 |
Практична робота 1-2 |
1-2-й тиждень |
2. |
Принципи ендопротезування. Біоматеріали для ендопротезів. CAD/CAM технології. Остеоінтегративні технології. Ендопротези сенсорних систем. Сучасні підходи до ендопротезування, вибір біоматеріалів і використання цифрових технологій для створення інтегрованих з організмом протезів. |
ПРН 2 ПРН 4 ПРН 5 ПРН 7 ПРН 13 ПРН 14 |
Практична робота 3-4 |
3-4-й тиждень |
3. |
Газотранспортна функція легень. Принципи масопереносу в біологічних системах (закон Фіка, закон Генрі). Природна вентиляція легень. Газообмін через альвеолярну мембрану. Штучні легені (оксигенератори крові). Основні функціональні вузли АШК. Конструкція і характеристики сучасних оксигенаторів. Штучні біонічні легені. Фізіологічні й інженерні основи газообміну в легенях та принципи створення штучних систем дихання, зокрема оксигенаторів і біонічних легень. |
ПРН 2 ПРН 4 ПРН 5 ПРН 7 ПРН 13 ПРН 14 |
Практична робота 5-6 |
5-6-й тиждень |
4. |
Штучне серце. Принципи механічної підтримки серця. Насоси крові різних типів. Їх переваги та недоліки. Штучне серце (механічне і біонічне). Ендопротези для серця і судин. Протези серцевих клапанів. Інженерні рішеннями для підтримки та заміщення серцевої функції, зокрема штучним серцем, насосами крові та клапанними протезами. |
ПРН 2 ПРН 4 ПРН 5 ПРН 7 ПРН 13 ПРН 14 |
Практична робота 7-8 |
7-8-й тиждень |
5. |
Штучні водії серцевого ритму. Судинні протези і стенти. Наукові основи функціонування штучних водіїв ритму та принципи проєктування судинних протезів і стентів для забезпечення електрофізіологічної стабільності та відновлення гемодинаміки.. |
ПРН 2 ПРН 4 ПРН 5 ПРН 7 ПРН 13 ПРН 14 |
Практична робота 9-10 |
9-10-й тиждень |
6. |
Штучна нирка. Масообмінна функція нирки. Техніка і технологія гемодіалізу. Біонічна штучна нирка. Наукові основи створення штучних і біонічних ниркових систем для замісної терапії, зокрема гемодіалізу. |
ПРН 2 ПРН 4 ПРН 5 ПРН 7 ПРН 13 ПРН 14 |
Практична робота 11-12 |
11-12-й тиждень |
7. | Штучна печінка. Будова та функція печінки. Техніка і технологія штучної печінки. Регенеративне відновлення печінки. Бофізіологічні основи функціонування печінки та сучасні технології створення штучних систем і методів регенеративної терапії для відновлення її функцій. |
ПРН 2 ПРН 4 ПРН 5 ПРН 7 ПРН 13 ПРН 14 |
Практична робота 13-14 |
13-14-й тиждень |
8. | Гібернація і штучна терморегуляція. Апарати для транспортування донорських органів. Етичні і деонтологічні принципи застосування штучних органів і трансплантатів. Ррозуміння технологічних та етичних аспектів трансплантології й медичної інженерії для якісного забезпечення пацієнтів штучними органами. Вміння працювати у міждисциплінарній команді інженерів, лікарів, реабілітологів, та дозвільних інстанцій. |
ПРН 9 ПРН 12 ПРН 15 ПРН 16 |
Практична робота 15 | 15-й тиждень |
Одним з основних видів семестрового контролю під час опанування навчальної дисципліни є виконання домашньої контрольної роботи.
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 |
Проходження дистанційних курсів за темами, які узгоджені з викладачем |
10 балів |
Несвоєчасне виконання та захист практичної роботи |
Від -0,5 бали до - 3 балів (залежить від терміну здачі) |
Оформлення наукової роботи для участі у конкурсі студентських наукових робіт |
10 балів |
Несвоєчасне виконання та здача МКР |
Від -2 балів до -10 балів (залежить від терміну здачі) |
Написання тез, статті, участь у міжнародних, всеукраїнських та/або інших заходах або конкурсах за тематикою навчальної дисципліни |
10 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 «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 дистанційногонавчання «Сікорський».
Дистанційне навчання через проходження додаткових он-лайн курсів за певноютематикою 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, а також виконання домашньої контрольної роботи, 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.
Система оцінювання (поточний контроль):
№ з/п |
Контрольний захід |
Ваговий бал |
Кіл-ть |
Всього |
1. |
Виконання практичних робіт |
5 |
4 |
20 |
2. |
Домашня контрольна робота |
30 |
1 |
30 |
3. |
Модульна контрольна робота |
20 |
1 |
20 |
4. |
Залікова робота1 |
30 |
1 |
30 |
|
Всього |
100 |
Враховується в суму рейтингу у разі, якщо студент не набрав 60 балів за семестр або він хоче покращити свою оцінку.
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.
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 №№ 1-2 |
+ |
+ |
|
ПР №№ 3-4 |
- |
+ |
||
Виконання ДКР |
На будь- якому занятті |
+ |
- |
|
На будь- якому занятті |
- |
+ |
||
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 |
Виконання тестових завдань |
Більше 4 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:
1. Активність на практичних заняттях.
2. Позитивний результат першої атестації та другої атестації.
3. Відвідування лекційних занять.
Таблиця переведення рейтингових балів до оцінок за університетською шкалою:
Кількість балів |
Оцінка за університетською шкалою |
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 |
Екзамен проводиться в усній формі.
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 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).
Додаток 1 до силабусу дисципліни
«Штучні органи»
Перелік запитань для підготовки до модульної контрольної роботи, а також для підготовки до заліку
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено
Максименко В. Б.; Сичик М. М.;
Ухвалено кафедрою БМІ (протокол № 15 від 24.06.2025 р. )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 12 від 30.06.2025 р. )