Senzory v medicíně

Vztahy:

Podmínkou zápisu na předmět F7PBBSM je, že student úspěšně absolvoval F7PBBEO nebo získal zápočet a nevyčerpal všechny zkouškové termíny předmětu F7PBBEO. Předmět F7PBBSM lze klasifikovat až po úspěšné klasifikaci předmětu F7PBBEO

Úspěšné absolvování předmětu F7PBBSM je podmínkou pro zápis na předmět F7PBBPNK.

Garant předmětu:

Miroslav Husák

Přednášející:

Miroslav Husák, David Vrba

Cvičící:

Tomáš Pokorný, Jan Rédr, David Vrba

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

Předmět poskytuje informace o základních typech senzorů a principech činnosti, parametrech, základních obvodových zapojení pro vyhodnocování signálů a aplikacích. Důraz je kladen především na následující oblasti: Základní principy činnosti senzorů včetně zapojení vyhodnocovacích obvodů. Zejména senzory mechanických jevů (polohy, síly, tlaku, mechanického napětí, prodloužení, torze, vibrací, akcelerace, průtok apod.), magnetického pole (Hallův senzor, magnetorezistor, feromagnetický senzor), teploty (odporové, termoelektrické, PN přechod, bolometry a jejich použití v termokamerách), chemických veličin 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.

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. Senzorové sítě, BAN a internet věcí (IoT)

3. Parametry senzorů - statické, dynamické, prostředí, metody snižování chyb

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

5. Piezoodporový jev - tenzometry, piezoodporové senzory tlaku, (PKVA)

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

7. Akcelerometry (PKVA)

8. Senzory s indukčností (magnetickými obvody) - Induktanční, indukčnostní, magnetoelastické, magnetostrikční, (PKVA)

9. Senzory magnetických veličin - Hallův senzor, magnetorezistor, magnetodioda, magnetotranzistor, SQUID, (PKVA)

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

11. Senzory průtoku, hladiny, (PKVA)

12. Senzory chemických a biochemických veličin, (PKVA)

13. Nanosenzory a nanomateriály - grafen, biosenzory, mikroakční členy apod., (PKVA), perspektivy

Poznámka: Pozornost u všech přednášek je zaměřena na princip činnosti, konstrukci, vyhodnocování signálu, náhradní modely, které slouží k úplnému popisu reálných vlastností součástky, lékařské a jiné aplikace.

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, seznamuje s principy činnosti jednotlivých typů senzorů, konstrukcí, vyhodnocováním signálů, náhradními modely, materiály a základními aplikacemi v biomedicíně, medicínské diagnostice a přístrojové technice.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Kopie přednášek

[2 Husák, M.: Mikrosenzory a mikroaktuátory, ACADEMIA, 2008

[3] Husák, M., Ripka, P., a kol.: Senzory v lékařství, Návody k laboratorním cvičením, Vydavatelství ČVUT, Praha 2007

Doporučená literatura:

[1] Uhlíř, J. Elektronické obvody (pro předmět F7PBBEO na ČVUT FBMI). [online]. 1. vyd. Kladno, ČVUT FBMI, 2019 [cit. 24.3.2019]. Dostupné z: http://amber.feld.cvut.cz/17bbeo/files/2018/Skriptum_EO1.pdf

[2] Uhlíř, J. Elektronické obvody (elektronická podpora studia F7PBBEO) [online]. 1. vyd. Kladno, ČVUT FBMI, 2019 [cit. 24.3.2019]. Dostupné z: http://amber.feld.cvut.cz/17bbeo/

[3] P. Neumann, J. Uhlíř: Elektronické obvody a funkční bloky 1 a 2, Vydavatelství ČVUT Praha 2005, vydání 2. přepracované 279 s., ISBN 80-01-03281-7

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
Út
St	místnost KL:A-011 Pokorný T. Rédr J. 08:00–09:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. senzorů a měřenímístnost 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. 12:00–13:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. senzorů a měřenímístnost KL:A-011 Pokorný T. Rédr J. 14:00–15:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. senzorů a měření
Čt	místnost KL:C-4 Husák M. 08:00–09:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI C4, Malý sál
Pá

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika (povinný předmět)
• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika (povinný předmět)