Biomedicinska elektronika

Opis predmeta

Seznanili se bomo s specifiko merjenja šibkih signalov ter ojačevalnikov zanje (instrumentacijski ojačevalnik). Obravnavali bomo tematike pogojevanja bioelektričnih in drugih bioloških signalov, galvanske ločitve signalov, predojačevalnikov, virov šuma ter ukrepov za zmanjšanje električnih in drugih motenj. Tipične biomedicinske signale bomo opredelili s stališča njihovega izvora, uporabnih frekvenčnih področij, amplitud in drugih značilnosti. Obravnavali bomo inštrumentacijo za zajem elektrofizioloških signalov (EKG, EMG, EEG) ter električno stimulacijo vzdražnih tkiv, na primer srčnih spodbujevalnikov, kardioverterjev in defibrilatorjev ter nekatere druge naprave, na primer električni kirurški nož. Pozornost bomo posvetili tudi varnostnim vidikom elektromedicinskih naprav (lastnosti ter varnostni ukrepi pri načrtovanju in uporabi teh naprav, označevanje in testiranje medicinske opreme, varnostni standardi) ter certificiranju elektromedicinskih pripomočkov.

Predmet učimo na programih

Elektrotehnika 2. stopnja

Cilji in kompetence

Spoznati specifične elektronske sklope ter zgradbo in komponente elektronskih biomedicinskih naprav. Pridobiti praktične izkušnje z uporabo nekaterih obravnavanih inštrumentov ter z izgradnjo in preizkusom varno delujočega merilnega ojačevalnika za zajem elektrofiziološkega signala (EKG ali EMG) ali električnega stimulatorja.

Zgraditi zavest o potrebi po zagotavljanju varnega delovanja biomedicinskih naprav s stališča uporabnika in operaterja in pridobiti osnovno znanje o zagotavljanju varnosti pred električnim udarom v medicinskem okolju.

Metode poučevanja in učenja

Na predavanjih študenti spoznajo teoretične osnove zgradbe in delovanja tipičnih elektronskih biomedicinskih naprav in posameznih specifičnih sestavnih sklopov. Praktične vaje so namenjene izvedbi konkretnih nalog. Vključujejo projektno nalogo, v okviru katere študenti načrtujejo in zgradijo osnovni ojačevalnik majhnih bioelektričnih potencialov (EKG ali EMG), katerega delovanje preizkusijo in ovrednotijo ter primerjajo s komercialno napravo za ta namen. Vaje in predavanja pri tem predmetu se dopolnjujejo z vsebinami predmeta Meritve in senzorji v biomedicini.

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno opravljenem predmetu na bi bili študenti zmožni:

Opisati namen in delovanje elektronskih medicinski naprav, ki jih pogosto srečamo v kliničnem ali raziskovalnem okolju.
Razložiti delovanje posameznih specifičnih elektronskih sklopov, ki nastopajo v merilni, diagnostični ali terapevtski medicinski opremi.
Razložiti fiziološko ozadje učinkov električnega toka na človeka.
Pojasniti razna dejstva v zvezi z nevarnostmi električnega udara in zagotavljanjem varnosti pri uporabi električnih medicinskih aparatur.
Uporabiti nekatere biomedicinske naprave za določen namen.
Zgraditi bioojačevalnik (ali neko drugo medicinsko napravo) za varen zajem elektrofiziološkega signala.
Ovrednotiti delovanje elektromedicinske aparature.
Zasnovati preprosto elektromedicinsko napravo za merjenje izbrane veličine.
Zgraditi in preizkusiti preprosto elektromedicinsko napravo.

Temeljni viri in literatura

J. G. Webster, A. J. Nimunkar (editors): Medical Instrumentation Application and Design (5th edition). Wiley, 2020.
D. Prutchi, M. Norris: Design and Development of Medical Electronic Instrumentation: A Practical Perspective of the Design, Construction, and Test of Medical Devices. Wiley, 2004
N. Leitgeb: Safety of electromedical devices. Springer, 2010.
J.D. Bronzino, D.R. Peterson (editors): The biomedical engineering handbook (4th ed.). CRC Press, 2014.
A. Kralj (editor): Osnove medicinske elektrotehnike. Dopisna delavska univerza Univerzum, Ljubljana, 1983.
A. Šantić: Biomedicinska elektronika, Školska knjiga Zagreb, 1994.