Biomedicinska elektronika

Opis predmeta

Zajem biomedicinskih signalov: pogojevanje bioelektričnih in drugih signalov; galvanska ločitev signalov; predojačevalniki; viri šuma in ukrepi za zmanjšanje električnih motenj; merjenje majhnih signalov; ojačevalniki in krmilniki; instrumentacijski ojačevalnik; pasivni in aktivni filtri; frekvenčna področja biomedicinskih signalov; pasovno prepustno filtriranje biomedicinskih signalov; viri signalov za električno stimulacijo v biomedicini. Inštrumentacija za zajem bioelektričnih signalov: elektrokardiograf, elektroencefalograf, elektromiograf. Električna stimulacija vzdražnih tkiv: srčni spodbujevalniki, kardioverterji, defibrilatorji. Električni kirurški nož. Elektromagnetna kompatibilnost medicinskih naprav in varnost (nevarnosti električnega udara, uhajavi tokovi, varnostni ukrepi pri načrtovanju in uporabi elektronskih naprav, označevanje in testiranje medicinske opreme, varnostni standardi).

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.

Reference nosilca

1. JARM, Tomaž. Elektronika : priročnik za laboratorijske vaje. 3. popravljena in dopolnjena izd. Ljubljana: Založba FE in FRI, 2010. ISBN 978-961-243-140-2. [COBISS.SI-ID 250105344]
2. MIKLAVČIČ, Damijan, SERŠA, Gregor, BRECELJ, Erik, GEHL, Julie, SODEN, Declan M., BIANCHI, Guiseppe, RUGGIERI, Pietro, ROSSI, Carlo Riccardo, CAMPANA, Luca G., JARM, Tomaž. Electrochemotherapy : technological advancements for efficient electroporation-based treatment of internal tumors. Medical & biological engineering & computing, vol. 50, no. 12, str. 1213-1225.
3. EDHEMOVIĆ, Ibrahim, GADŽIJEV, Eldar, BRECELJ, Erik, MIKLAVČIČ, Damijan, KOS, Bor, ŽUPANIČ, Anže, MALI, Barbara, JARM, Tomaž, PAVLIHA, Denis, MARČAN, Marija, GAŠLJEVIĆ, Gorana, GORJUP, Vesna, MAROLT-MUŠIČ, Maja, PEČNIK-VAVPOTIČ, Tjaša, ČEMAŽAR, Maja, SNOJ, Marko, SERŠA, Gregor. Electrochemotherapy : a new technological approach in treatment of metastases in the liver. Technology in cancer research and treatment, vol. 10, no. 5, str. 475-485.
4. JARM, Tomaž, ČEMAŽAR, Maja, SERŠA, Gregor. Tumor blood flow-modifying effects of electroporation and electrochemotherapy – experimental evidence and implications for the therapy. V: PAKHOMOV, Andrei G. (ur.), MIKLAVČIČ, Damijan (ur.), MARKOV, Marko S. (ur.). Advanced electroporation techniques in biology and medicine, (Biological effects of electromagnetics series). CRC Press, cop. 2010., str. 401-423.
5. JARM, Tomaž, ČEMAŽAR, Maja, MIKLAVČIČ, Damijan, SERŠA, Gregor. Antivascular effects of electrochemotherapy : implications in treatment of bleeding metastases. Expert rev. anticancer ther., 2010, vol. 10, no. 5, str. 729-746. [COBISS.SI-ID 929659]

Temeljni viri in literatura

1. David Prutchi, Michael Norris: Design and Development of Medical Electronic Instrumentation: A Practical Perspective of the Design, Construction, and Test of Medical Devices. Wiley-Interscience, 2004
2. N. Leitgeb: Safety of electromedical devices. Springer, 2010.
3. J.D. Bronzino (editor): The biomedical engineering handbook (3rd ed.). CRC Press, 2006.
4. J. G. Webster (editor): Medical Instrumentation Application and Design (4th edition). Wiley, 2008.
5. Alojz Kralj (editor): Osnove medicinske elektrotehnike. Dopisna delavska univerza Univerzum, Ljubljana, 1983.
6. A. Šantić: Biomedicinska elektronika, Školska knjiga Zagreb, 1994.