 | Кафедра біомедичної інженерії |
[BFm53] Штучні органи
Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
Реквізити навчальної дисципліни
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.
Загальні компетентності (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/89/2021 від 19.04.2021 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.
ЗК 4 - Здатність працювати в команді.
ЗК 5 - Здатність працювати в міжнародному контексті.
Спеціальні (фахові) компетентності (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/89/2021 від 19.04.2021 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 «Штучні органи» є (ОП введено в дію Наказом ректора НОН/89/2021 від 19.04.2021 р):
ПРН 4 - Застосування методів розрахунку та вибору класичних та новітніх конструкцій біоматеріалів, елементів приладів і систем медичного призначення.
ПРН 7 - Володіння методами дослідження, проектування і конструювання об’єктів біомедичної техніки, аналіз і обробку експериментальних даних.
ПРН 9 - Знання принципів розвитку і сучасних проблем створення біосумісних матеріалів в медичній практиці.
ПРН 11 - Розуміння новітніх досягнень в галузі біомедичної інженерії.
ПРН 16 - Знання методів проектування, конструювання, вдосконалення та застосовувння медико-технічних та біоінженерніих виробів, приладів, апаратів і системи з дотриманням технічних вимог, а також супроводжувати їх експлуатацію.
ПРН 18 - Створення і вдосконалення засобів, методів та технологій біомедичної інженерії для всебічного дослідження і розробки біоінженерних об’єктів та систем медико- технічного призначення.
ПРН 20 - Оцінювання біологічних і технічних аспектів та наслідків взаємодії інженерно- технічних і біоінженерних об’єктів з біологічними системами, передбачення їх взаємного впливу, правових, деонтологічних і морально-етичних наслідків 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.
3. Зміст навчальної дисципліни
Основні теми, що розглядатимуться в процесі вивчення курсу:
Тема 1. Загальна характеристика штучних органів.
Тема 1.1. Класифікація медичних засобів, що належать до штучних органів.
Тема 1.2. Принципи взаємодії штучних органів з організмом.
Тема 1.3. Основні медично-орієнтовані напрями досліджень.
Тема 2. Газотранспортна функція легень.
Тема 2.1. Фізіологія дихальної системи.
Тема 2.2. Структурні компоненти дихальної системи та їх роль в диханні.
Тема 3.3. Вентиляція легень та її механізми.
Тема 3. Штучна вентиляція легень, дихальна апаратура.
Тема 3.1. Типи апаратів механічної вентиляції легень;
Тема 3.2. Методи і режими штучної вентиляції легень.
Тема 3.3. Вимоги до апаратури, яка протезує функцію легень..
Тема 4. Масоперенос в системі кровообігу.
Тема 4.1. Закон Фіка
Тема 4.2. Закон Генрі.
Тема 4.3. Кисневий каскад.
Тема 5. Штучний кровообіг.
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. Оксигенератори крові.
Тема 6.1. Основні функціональні вузли АШК.
Тема 6.2. Конструкція і характеристики сучасних оксигенаторів.
Тема 6.3. Оксигенератори Колобова.
Тема 7. Насоси та механічна підтримка.
Тема 7.1. Ідеальні насоси
Тема 7.2. Насоси різних типів. Їх переваги та недоліки.
Тема 8. Штучне серце.
Тема 8.1. Пристрої заміщення функції серця.
Тема 8.2. Різновиди штучного серця
Тема 8.3. Протези серцевих клапанів.
Тема 9. Штучна нирка.
Тема 9.1. Передові технічні системи гемодіалізу.
Тема 9.2.Управління апаратами гемодіалізу.
Тема 9.3. Перитонеальний діаліз. Кишковий діаліз.
Тема 10. Штучна терморегуляція.
Тема 11. Штучна печінка.
Тема 11.1. Апарат альбумінового діалізу.
Тема 11.2. Технологія «MARS»
Тема 11.3. Гістологічна побудова печінки та її регенерація.
Тема 12. Біоінженерні штучні органи.
4. Навчальні матеріали та ресурси
Базова
- Медицинские приборы: Разработка и применение / Авт. колл.: Д.В. Кларк мл., М.Р. Ньюман, В.Х. Олсон и др.; Ред. Дж. Г. Вебстер. – К.: Медторг, 2004. – 620 с. (бібліотека ФБМІ).
- Горячев А.С., Савин И.А. Основы ИВЛ.- М.: Медиздат, 2009. – 256 с.
- Белебезьев Г.И., Козяр В.В. Физиология и патофизиология искусственной вентиляции легких. - Киев: Ника-центр, 2003. – 312 с. (бібліотека ФБМІ).
- Царенко С.В. Практический курс ИВЛ. - М.: Медицина, 2007.- 102 с.
- Локшин Л.С., Лурье Г.О., Дементьева И.И. Искусственное и вспомогательное кровообращение в сердечно – сосудистой хирургии. М.: НЦХ РАМН,1998, 212 с.
- Хенч Л., Джонс Д. Биоматериалы, искусственные органы и инжениринг тканей. М., Техносфера, 2007. – 304 с.
Допоміжна
- Miller G.E. Artificial Organs. Sinthesis Lectures of Biomedical Engineering, lect. 4. N.Y., Morgan and Claypool, 2006. -72 p.
- 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 ).
- Національний стандарт України: Вироби медичні. Розроблення і ставлення на виробництво. ДСТУ 3627:2005. – К.: Держспоживстандарт України, 2005. – 32 с. (НТБ «КПІ», кафедра БМІ).
- Introduction to biomedical engineering / Еds: J. D. Enderle, S.M. Blanchard, J.D. Bronzino. - Academic press, 2000. – 1062 с. (кафедра БМІ).
Інформаційні ресурси
- Електронний каталог бібліотеки КПІ: http://library.kpi.ua/resources/databases/tutorials
- 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=
- 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
Навчальний контент
5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
|
№ з/п |
Тема |
Програмні результати навчання |
Основні завдання |
|
|
Контрольний захід |
Термін виконання |
|||
|
1. |
Загальна характеристика штучних органів. |
ПРН 4 ПРН 7 |
Практична робота 1 |
1-й тиждень |
|
2. |
Газотранспортна функція легень. |
ПРН 7 ПРН 9 |
Практична робота 2 |
2-й тиждень |
|
3. |
Штучна вентиляція легень, дихальна апаратура. |
ПРН 9 ПРН 11 |
Практична робота 3 |
3-й тиждень |
|
4. |
Масоперенос в системі кровообігу. |
ПРН 4 ПРН 9 |
Практична робота 4 |
4-й тиждень |
|
5. |
Штучний кровообіг. |
ПРН 4 ПРН 11 |
Практична робота 5 |
5-й тиждень |
|
6. |
Оксигенератори крові. |
ПРН 7 ПРН 11 |
Практична робота 6 |
6-й тиждень |
|
№ з/п |
Тема |
Програмні результати навчання |
Основні завдання |
|
|
Контрольний захід |
Термін виконання |
|||
|
7. |
Насоси та механічна підтримка. |
ПРН 4 ПРН 16 |
Практична робота 7 |
7-й тиждень |
|
8. |
Штучне серце. |
ПРН 7 ПРН 16 |
Практична робота 8 |
8-й тиждень |
|
9. |
Штучна нирка. |
ПРН 9 ПРН 18 |
Практична робота 9 |
9-й тиждень |
|
10. |
Штучна терморегуляція. |
ПРН 11 ПРН 20 |
Практична робота 11 |
10-й тиждень |
|
11. |
Штучна печінка. |
ПРН 7 ПРН 18 |
Практична робота 12 |
11-й тиждень |
|
12. |
Квантовий розум. |
ПРН 7 ПРН 20 |
- |
12-й тиждень |
|
13. |
Підсумкова робота |
ПРН 11 ПРН 18 |
- |
13-й тиждень |
|
14. |
Модульна контрольна робота |
ПРН 7 ПРН 11 |
Написання МКР |
14-й тиждень |
|
15. |
Залік. |
ПРН 4 ПРН 7 ПРН 9 ПРН 11 |
Залік |
15-й тиждень |
6. Самостійна робота студента
Одним з основних видів семестрового контролю під час опанування навчальної дисципліни є виконання домашньої контрольної роботи. Даним силабусом виконання домашньої контрольної роботи не передбачене
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 та захист 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 здача ДКР |
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 «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, 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.
8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)
|
№ з/п |
Контрольний захід |
% |
Ваговий бал |
Кіл-ть |
Всього |
|
1. |
Тестові завдання |
20 |
4 |
5 |
20 |
|
2. |
Виконання та захист практичних робіт |
60 |
5 |
12 |
60 |
|
3. |
Модульна контрольна робота |
20 |
20 |
1 |
20 |
|
5. |
Залікова робота1 |
100 |
100 |
1 |
100 |
|
|
Всього |
100 |
|||
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 №№ 1-6 |
+ |
+ |
|
|
ПР №№ 7-12 |
- |
+ |
||
|
Виконання тестового завдання |
Мінімум 2 на будь- якому занятті |
+ |
- |
|
|
Мінімум 2 на будь- якому занятті |
- |
+ |
||
|
Модульна контрольна робота |
Оцінена МКР |
- |
+ |
|
У разі виявлення академічної не доброчесності під час навчання – контрольний захід не зараховується.
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
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено
Ухвалено кафедрою БМІ (протокол № 16 від 21.06.2024р. )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 9 від 26.06.2024р. )