Senzory v medicíně

Vztahy:

Podmínkou zápisu na předmět F7ABBSM je, že student úspěšně absolvoval F7ABBEO nebo získal zápočet a nevyčerpal všechny zkouškové termíny předmětu F7ABBEO. Předmět F7ABBSM lze klasifikovat až po úspěšné klasifikaci předmětu F7ABBEO

Úspěšné absolvování předmětu F7ABBSM je podmínkou pro zápis na předmět F7ABBPNK.

Garant předmětu:

David Vrba

Přednášející:

David Vrba

Cvičící:

Tomáš Pokorný, Jan Rédr, David Vrba

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

Předmět poskytuje informace o základních elektronických součástkách senzorech, jejich principech činnosti, základních zapojeních a aplikacích. Důraz je kladen především na základní principy a aplikace. Základní principy činnosti senzorů neelektrických veličin včetně zapojení vyhodnocovacích obvodů. Zejména senzory mechanických jevů (polohy, síly, tlaku, mechanického napětí, prodloužení, torze, vibrací, akcelerace, průtoku a pod.), magnetického pole (magnetorezistor, Hallova sonda, feromagnetický senzor), teploty (PN přechod, odpor, termoelektrické články, bolometry), chemických veličin, optických spekter a biosenzory. Mikrosenzory a mikroaktuátory s využitím pro biomedicínské aplikace.

Požadavky:

Podmínky zápočtu: Pro získání zápočtu je dovolená jedna absence, další absence jsou omluveny pouze potvrzením od doktora a student si musí měření nahradit. Student musí být na cvičení řádně připraven, což zahrnuje písemnou přípravu včetně tabulek v pracovním deníku. Výstupem z každého měření jsou zpracované hodnoty, které musí být okomentovány a diskutovány. Tyto výsledky musí být vyučujícímu prezentovány na konci hodiny. Student je povinen odevzdat jeden excelentní vypracovaný protokol dle nového vzoru.

Požadavky ke zkoušce: Zkouška bude probíhat formou testu, z látky která byla probrána na přednáškách a cvičeních. Test bude písemný a bude obsahovat otázky s nabízenými odpověďmi, z nichž pouze jedna je vždy správná.

Vstupní požadavky předmětu:

Úspěšné absolvování předmětu Teoretická elektrotechnika

Výstupní znalosti, dovednosti, schopnosti a kompetence:

Studenti se seznámí se základními funkcemi, principy činnosti, konstrukcí, vyhodnocováním signálů, náhradními modely, materiály základních typů senzorů tak, aby byli připravení k jejich aplikačnímu využití v lékařských přístrojích

Osnova přednášek:

1.Senzory, mikrosenzory a mikrosystémy - seznámení se se základními pojmy, významem a lékařskými aplikacemi

2.Parametry senzorů - statické, dynamické, prostředí, metody a zapojení pro snižování chyb

3.Senzory s kapacitou – senzory fyzikálních a chemických veličin, tlakové kapacitní senzory (princip činnosti, konstrukce, vyhodnocování signálu, aplikace = PKVA)

4.Senzory s magnetickými obvody (indukčnostmi) - Induktanční, indukčnostní, (PKVA)

5.Senzory magnetických polí - magnetorezistor, Hallova sonda, magnetodioda, magnetotranzistor, SQUID, (PKVA)

6.Piezoodporový jev - tenzometry, tlakové senzory piezoodporové, (PKVA)

7.Piezoelektrický jev - senzory s principem piezoelektrickým, tlakové senzory piezoelektrické, (PKVA)

8.Senzory teploty - kovové, polovodičové, odporové, s pn přechodem, s |MOS strukturou, integrované, kryogenní, speciální, bezkontaktní, (PKVA)

9.Akcelerometry, gyroskopy, (PKVA)

10.Senzory průtoku, hladiny, (PKVA)

11.Senzory chemických a biochemických veličin, (PKVA)

12.Nanosenzory a nanomateriály - grafen apod., (PKVA), perspektivy

13.Senzorové sítě BAN a internet věcí (IoT)

14.Inteligentní (SMART) senzory, napájení senzorů

Poznámka: jsou podány informace o principech činnosti, závislostech, vyhodnocovacích elektronických obvodech, lékařských a jiných aplikacích. Pozornost u všech přednášek je zaměřena na princip činnosti, konstrukci, vyhodnocování signálu, náhradní modely, které slouží k úplnému popisu reálných vlastností součástky.

Osnova cvičení:

1.Úvod, bezpečnost práce, měřicí přístroje, zapojení symetrického zdroje.

2.Základní funkce infračervených senzorů.

3.Využití akcelerometrů pro měření náklonu a vibrací.

4.Měření základních fyziologických vlastností lidského zraku a sluchu.

5.Fotometrie - měření úrovně osvětlení.

6.Senzory pro měření polohy - LVDT, základní principy měření rychlosti proudění tekutin.

7.Návrh a realizace tenzometrického senzoru ohybu

8.Návrh a realizace vyhodnocovacích obvodů tenzometrů

9.Měření síly pomocí tenzometrických snímačů.

10.Návrh a realizace jednoduchého teplotního senzoru

11.Měření polohy a rychlosti otáčení pomocí Hallovy sondy.

12.Ultrazvukové senzory pro echolokaci.

13.Senzory pro měření krevního tlaku.

14.Kontrola skript, náhradní měření, udělení zápočtů.

Cíle studia:

Předmět poskytuje základní informace o fyzikálních a biochemických principech využívaných pro senzory, dále u jednotlivých typů senzorů seznamuje s principy činnosti, konstrukcí, vyhodnocováním signálů, náhradními modely, materiály a základními aplikacemi v lékařství, medicínské diagnostice a přístrojové technice.

Studijní materiály:

[1] FRADEN, Jacob. Handbook of modern sensors: physics, designs, and applications. Fifth edition. Cham: Springer,

2016. ISBN 9783319193038.

[2] YOON, Jeong-Yeol. Introduction to biosensors: from electric circuits to immunosensors. New York: Springer, c2013.

ISBN 978-1-4419-6021-4.

Doporučená literatura:

[1] Sensor technology handbook. Amsterdam: Elsevier, 2005. ISBN 978-0-7506-7729-5.

[2] Implantable biomedical microsystems: design principles and applications. Editor Swarup BHUNIA, editor Steve

MAJERUS, editor Mohamad SAWAN. Waltham: William Andrew, an imprint of Elsevier, 2015. Micro & nano

technologies. ISBN 9780323261906.

[3] EGGINS, Brian R. Chemical sensors and biosensors. Chichester: Wiley, c2002. ISBN 0-471-89914-3.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost KL:B-430 Vrba D. 10:00–11:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Učebna
Út	místnost KL:A-011 Pokorný T. Rédr J. 10:00–11:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. senzorů a měřenímístnost KL:A-011 Pokorný T. Rédr J. 16:00–17:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. senzorů a měřenímístnost KL:A-011 Pokorný T. Rédr J. 18:00–19:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. senzorů a měření
St
Čt
Pá

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Prospectus - bakalářský (!)
• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika v aj (povinný předmět)
• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika v aj (povinný předmět)