Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической работе Е. Г. Елина " " 2011 г. Рабочая программа
| Вид материала | Рабочая программа |
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 143.27kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 149.05kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 219.35kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 229.8kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 233.64kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 217.53kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 219.56kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 219.29kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 300.74kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 189.12kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Физический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор СГУ по
учебно-методической работе
___________________Е.Г.Елина
"__" __________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
Медицинская электроника
Направление подготовки
011200 Физика
Профиль подготовки
Медицинская фотоника
Квалификация (степень) выпускника
Магистр
Форма обучения
очная
Саратов, 2011
1. Цели освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Медицинская электроника» является освоение теоретических знаний и практических навыкав по применению электронных схем в биомедицинской аппаратуре, что соответствует основной цели магистратуры в части получения углубленного профессионального образования, позволяющего выпускнику успешно работать в избранной сфере деятельности в РФ и за рубежом, обладать универсальными и предметно-специализированными компетенциями, способствующими его социальной мобильности, востребованности на рынке труда и успешной карьере.
2. Место дисциплины в структуре ООП магистратуры
Дисциплина «Медицинская электроника» относится к дисциплинам профессионального цикла, курс (М2Р2) читается во 2 семестре. Форма итоговой аттестации — зачет.
Изучаемый в рамках дисциплины материал основан, с одной стороны, на базовых знаниях обучаемых в области электроники (например, дисциплина бакалавриата «Аналоговая и цифровая электроника в биофизическом эксперименте»), а с другой — на материале курсов по физическим методам диагностики и терапии в медицине и физиологии («Физические методы регистрации физиологических параметров», «Обработка данных медицинского эксперимента» ).
Дисциплина связана с другими лекционными курсами магистратуры: «Физические методы в медицинской диагностике и терапии», «Методы регистрации электрической активности организма».
Полученные в результате освоения данной дисциплины знания и навыки могут быть непосредственно использованы обучаемым при выполнении аттестационной работы магистра и в последующей профессиональной деятельности.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Медицинская электроника»
В процессе освоения обучаемым дисциплины «Медицинская электроника» достигается освоение общекультурных (ОК) и профессиональных (ПК) компетенций, характеризуемых:
- способностью самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять своё научное мировоззрение (ОК-З);
- способностью использовать знания современных проблем физики, новейших достижений физики в своей научно-исследовательской деятельности (ПК-2);
- способностью использовать свободное владение профессионально профилированными знаниями в области информационных технологий, современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки (ПК-5);
- способностью свободно владеть разделами физики, необходимыми для решения научно-инновационных задач (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-6).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать физические основы работы электронных схем, типовую реализацию и назначение функциональных узлов аппаратуры медицинского назначения.
Уметь читать принципиальные электрические схемы медицинских электронных устройств диагностического и терапевтического назначения, выделять структурные взаимосвязи между функциональными блоками, оценивать характеристики узлов медицинской аппаратуры с позиций их соответствия решаемым задачам.
Владеть знаниями и навыками по синтезу устройств медицинской электроники на уровне функциональных блоков, электронных узлов на уровне принципиальных схем, уметь использовать специализированное программное обеспечение для моделирования работы и отладки типовых узлов аппаратуры биомедицинского назначения.
4. Структура и содержание дисциплины «Медицинская электроника»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, включая 16 часов лекций, 16 часов практических занятий и 40 часов на самостоятельную работу.
4.1. Структура дисциплины
| № п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Формы промежуточной аттестации (по семестрам) | |||
| 1 | Введение. Электрические измерения в медицине | 2 | 1 | Л(1) | | ПР(1) | СР(2) | |
| 2 | Электроды и микроэлектроды. | 2 | 1 | Л(1) | | ПР(1) | СР(2) | |
| 3 | Резистивные датчики. | 2 | 2 | Л(2) | | ПР(2) | СР(2) | |
| 4 | Полупроводниковые фотопреобразователи. | 2 | 3 | Л(2) | | ПР(2) | СР(2) | |
| 5 | Термоэлектрические преобразователи. | 2 | 4 | Л(2) | | ПР(2) | СР(2) | |
| 6 | Пьезоэлектрические преобразователи | 2 | 5 | Л(2) | | ПР(2) | СР(2) | |
| 7 | Функциональные узлы электронных устройств медицинского назначения | 2 | 6,7 | Л(4) | | ПР(4) | СР(18) | |
| 8 | Структура и схемотехника диагностических и терапевтических устройств | 2 | 8 | Л(2) | | ПР(2) | СР(10) | |
| | ВСЕГО | | | Л(16) | | ПР(16) | СР(40) | |
- Содержание дисциплины
Тема 1. Введение. Электрические измерения в медицине.
Датчики неэлектрических величин, регистрируемых электронными приборами и их использование в медицине. Основные сведения о измерительных преобразователях и их классификация. Погрешности преобразования, точность и диапазон, порог чувствительности. Общий принцип достижения наибольшей эффективности средств измерений. Принцип согласования сопротивлений преобразователей. Измерительные цепи прямого и уравновешивающего преобразования. Динамические свойства средств измерений.
Тема 2. Электроды и микроэлектроды.
Электроды электрокардиографов и электроэнцефалографов. Металлические и стеклянные микроэлектроды для регистрации внутриклеточных и мембранных потенциалов. Эквивалентные схемы замещения системы электрод-организм. Металлические электроды для оценки ионного состава. Стеклянные электроды для РН-метрии, Ион-селективные электроды и их применение для биохимического анализа.
Тема 3. Резистивные датчики.
Механические упругие преобразователи, реостатные преобразователи,
тензорезисторы, медицинские динамометры и эргометры.
Тема 4. Полупроводниковые фотопреобразователи.
Фотодатчики и их использование в медицинской аппаратуре.
Радиационные и фотоэлектрические приборы для фотометрических измерений и для регистрации инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Полупроводниковые рентгенодатчики. Световые, вольтамперные и спектральные характеристики фотодатчиков. Применение фотоприборов в медицинской электронной аппаратуре и в приборах для биохимического анализа. Полупроводниковые фотоприемники. Фотоэлектрические умножители, схемы их включения и области применения.
Тема 5. Термоэлектрические преобразователи.
Металлические и полупроводниковые термосопротивления. Термисторы.
Области применения термодатчиков в медицине. Электронные медицинские термометры. Устройства терморегуляции в биохимических лабораториях. Применение фотодатчиков, чувствительных к инфракрасному излучению, для измерения температуры кожных покровов. Принцип действия и устройство медицинских тепловизоров. Термоанемометрические измерители легочной вентиляции. Электронные медицинские термометры.
Тема 6. Пьезоэлектрические преобразователи.
Физическая природа пьезоэффекта. Конструкции преобразователей. Специфические погрешности. Пьезоэлектрические датчики ультразвукового излучения на основе титаната бария, используемые в УЗ терапевтической и диагностической аппаратуре.
Тема 7. Функциональные узлы электронных устройств медицинского назначения
Измерительные усилители. Обратные связи и их применение для повышения эксплуатационных характеристик измерительных усилителей. Измерительные модуляторы и демодуляторы. Фильтры. Типовые схемы пассивных и активных фильтров в аппаратуре биомедицинского назначения. Генераторы и выходные каскады излучающих устройств. Генераторы с внешним возбуждением. Согласование выхода оконечного каскада и излучающей нагрузки.
Тема 8. Структура и схемотехника диагностических и терапевтических устройств.
Типовые приемы схемной реализации измерительных каналов. Структурная схема современного медицинского полиграфа с электронной обработкой информации. Регистрирующие каналы ЭКГ. Блоки реографии и фонокардиографии. Аппаратура для УВЧ терапии. Ультразвуковая терапевтическая техника. Электронные электростимуляторы. Функциональные узлы силовой части электроаппаратуры медицинского назначения.
5. Образовательные технологии
Лекционные занятия с использованием мультимедийных средств. Предусматривается чередование «классической» лекционной подачи материала и интерактивных методик в форме интерактивного решения поставленных преподавателем задач методом «мозгового штурма» силами обучаемых.
При выполнении лабораторных и(или) практических занятий предусматриваются технологии, побуждающие обучаемых к нестандартному, творческому подходу при решении поставленных задач, включая самостоятельный поиск и привлечение информации и неуказанных преподавателем источников с оценкой степени ее достоверности, а также к формированию и отработке командного подхода в решении поставленных задач.
В ограниченном объеме предусмотрено применение образовательных технологий, использующих создание конкурентной среды между микрогруппами студентов при выполнении лабораторных и вычислительных заданий сходной тематики.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Наполнение объема часов самостоятельной работы предусмотрено в виде самостоятельного поиска в сети интернет и освоения обучающимися разделов, не освещенных в лекциях.
Виды самостоятельной работы студента:
- изучение теоретического материала по конспектам лекций и рекомендованным учебным пособиям, монографической учебной литературе;
- самостоятельное изучение некоторых теоретических вопросов, выделенных в программе дисциплины, не рассмотренных на лекциях;
- изучение теоретического и технического материала по методическим руководствам и документации.
Порядок выполнения и контроля самостоятельной работы студентов:
- предусмотрена еженедельная сверхкороткая самостоятельная работа обучающихся по изучению теоретического лекционного материала и итогам самостоятельной работы; контроль выполнения этой работы предусмотрен в начале каждого лекционного занятия по данной дисциплине;
- самостоятельное изучение некоторых теоретических вопросов, выделенных в программе дисциплины и не рассмотренных на лекциях предусматривается по мере изучения соответствующих разделов, в которых выделены эти вопросы для самостоятельного изучения; контроль выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен в рамках промежуточного контроля по данной дисциплине;
- выполнение и письменное оформление комплекса заданий теоретического характера, расчетных и графических по основным разделам дисциплины предусмотрено еженедельно по мере формулировки этих заданий на лекциях; предусматривается письменное выполнение этой самостоятельной работы с текстовым, включая формулы, и графическим оформлением; контроль выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен при завершении изучения дисциплины по представленному в печатном виде отчету по этому виду самостоятельной работы;
Список контрольных вопросов по освоению основных понятий и положений дисциплины
- Охарактеризуйте основные типы датчиков, используемых в медицине и биологии.
- Дайте определение величинам: погрешность преобразования, точность и диапазон, порог чувствительности.
- Измерительные цепи прямого и уравновешивающего преобразования.
- Охарактеризуйте устройство и основные параметры электродов электрокардиографов и электроэнцефалографов, металических и стеклянных электродов для регистрации внутриклеточных и мембранных потенциалов.
- Резистивные датчики.
- Полупроводниковые фотопреобразователи и их использование в медицинской аппаратуре.
- Охарактеризуйте области применения термодатчиков в медицине.
- Пьезоэлектрические преобразователи: принцип действия, конструкции, типовое применение в терапевтической и диагностической аппаратуре.
- Получите основные соотношения, характеризующие действие обратных связей на параметры измерительного усилителя.
- Опишите устройство и применение измерительных модуляторов и демодуляторов.
- Приведите и объясните типовые схемы фильтров в аппаратуре биомедицинского назначения.
- Охарактеризуйте основные схемы построения генераторов.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Медицинская электроника»
а) основная литература:
1. М. Джонс. Электроника - практический курс.(A Practical Introduction to Electronic Circuits). Серия: Мир электроники, Издательство: Техносфера, 2006 г., 512 стр.
2. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. М: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005, 525 с.
б) дополнительная литература:
1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, в 2 Т. , Т. 2., - М: Мир, 1986, 590с.
2. Электрическая схема регуляции процессов жизнедеятельности.-М.:МГУ, 1992.
3. Плонси Р., Барр Р. Биоэлектричество: Количественный подход .- М.:Мир, 1992.
4. Электрический импеданс биологических тканей .- М.:ВЗПИ, 1990.
5. Микрокомпьютеры в физиологии - М.:Мир, 19990.
6. Илюшов Г.С., Чагиров Б.И. Основы конструирования электронной медицинской техники. - С-Петербург, ЛЭТИ,1994
7. Бриндли К. Измерительные преобразователи М.: Энергоатомиздат, 1991.
8. Ревин Т.В., Кострикин А.М. Метрология и змерительная техника: Генераторные и измерительные преобразователи. - М.:Минск, 1994.
9. Логика и клиническая диагностика. - М.:Наука, 1994. 9. Самойлов В.О. и др. Низкочастотная биоакустика. - С-Петербург, 1994
10. Зима В.Л. Биофизические методы исследований: Электроника и электробиофизика. - Киев, 1990.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
«Медицинская электроника»
Мультимедийный проектор, компьютер преподавателя, доступ в Интернет,
специализированное программное обеспечение для выполнения практических работ.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению 011200 Физика и профилю подготовки Медицинская фотоника.
Автор:
профессор кафедры оптики и биофотоники,
д.ф.-м.н., профессор Д.Э. Постнов
Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники
от 24 января 2011 года, протокол № 1/11.
Подписи:
Зав. кафедрой В.В. Тучин
Декан физического факультета
(факультет, где разработана программа) В.М. Аникин
Декан физического факультета
(факультет, где реализуется программа) В.М. Аникин