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. Principy vycházejí ze základních fyzikálních jevů, piezoelektrický, piezoodporový, pyoelektrický, SAW, ultrazvuk a další. Důraz je kladen především na základní principy činnosti senzorů včetně vyhodnocování výstupních signálů. Senzory mechanických jevů (polohy, síly, tlaku, mechanického napětí, prodloužení, torze, vibrací, akcelerace, průtok apod.), senzory s indukčností a kapacitou, senzory magnetického pole (Hallův senzor, magnetorezistor, SQUID), teploty (odporové, termoelektrické, PN přechod, bolometry a jejich použití v termokamerách), chemických a biochemických veličin, 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 informací předložených 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 (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, termoelektrické, bezkontaktní, speciální, bezkontaktní, kryogenní (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.

upraveno 04/2026

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 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

	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)