05.11.17 – приборы, системы и изделия медицинского назначения (технические науки)

Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 25 января 2017 г. №12

 

1. Цели и задачи программы-минимум

Цель изучения материалов программы по специальности 05.11.17 – «Приборы, системы и изделия медицинского назначения»: формирование у соискателей ученой степени (далее соискателя) углубленных знаний по физическим основам взаимодействия различных видов излучения с живыми организмами, анализу эффективности систем передачи сигнала в медицинских приборах и аппаратах и формулированию оптимальных требований к параметрам этих систем, научно обоснованному синтезу современных медицинских приборов, аппаратов клинической диагностики, терапии и хирургии, медицинского механического и электрического оборудования, устройств и аппаратов, предназначенных для обеспечения активной жизнедеятельности и самостоятельного обслуживания инвалидов, ознакомление с тенденциями совершенствования медицинской техники.

Основными задачами дисциплины являются:

  • ознакомление с основными типами сигналов, в том числе медико-биологических; с основными направлениями развития приборов и аппаратов для диагностики, терапии и хирургии, с основными направлениями развития медицинского оборудования и изделий медицинского назначения;
  • изучение основных методов преобразования сигналов, их характеристик, конкретных способов передачи информации в медико-биологических сигналах; физических принципов, положенных в основу приборов, аппаратов и медико-биологических систем, взаимодействующих с биообъектом, биологическими пробами и источниками лечебно-профилактических воздействий на организм различного энергетического происхождения; принципов функционирования и технических параметров приборов и аппаратов для диагностики, терапии и хирургии; методик определения и устранения неисправностей медицинского оборудования и изделий медицинского назначения;
  • формирование навыков оценки систем передачи информации на основе уровня качества передаваемых медико-биологических сигналов, обоснования функциональных характеристик приборов и аппаратов для диагностики, терапии и хирургии, анализа и оценки технического уровня этих приборов и аппаратов, медицинского оборудования, знаний и навыков по классификации технических средств диагностики и лечения по их функциональному назначению.

2. Требования к знаниям, умениям и навыкам аспиранта (соискателя)

Соискатель должен показать на экзамене профессиональные знания по соответствующим разделам науки, владение теоретическим аппаратом и современными методами расчёта и исследований.

Соискатель должен:

  • иметь представление об объектах, явлениях, процессах и методах научного анализа в области преобразований медико-биологических сигналов, об основных научно-технических задачах в данной области, о современных тенденциях в методах и средствах преобразования информации в медицинских измерительных и информационных системах, о способах улучшения качества передачи сигналов в медицинских приборах и аппаратах; об основных научно-технических проблемах и перспективах развития средств диагностики, терапии и хирургии, медицинского механического и электрического оборудования, о проблемах улучшения качества этого оборудования.
  • знать основные положения теории преобразования сигналов; основы построения приборов и аппаратов для диагностики, терапии и хирургии; основные принципы построения медицинского механического и электрического оборудования, физиологические, биомеханические и механические условия и принципы построения систем замены утраченных органов, физиологические, биомеханические и механические условия и принципы построения устройств и аппаратуры для инвалидов;
  • владеть навыками анализа и синтеза характеристик устройств преобразования информации, методами составления математической модели преобразований сигнала в медицинской технике; методиками определения и устранения неисправностей технических средств диагностики, терапии и хирургии методиками определения и устранения неисправностей медицинского оборудования; уметь использовать современную информационную базу для выбора оптимального варианта решения поставленной технической задачи; обоснованно выбирать физические принципы, методы и средства регистрации медико-биологических параметров; составлять и научно обосновывать структурные схемы средств диагностики и лечения в зависимости от их функционального назначения; использовать методы защиты изделий медицинской техники для диагностики, терапии и хирургии от внешних воздействий; создавать устройства, аппараты и системы замены утраченных органов; оценивать уровень воспроизведения систем утраченных функций различных органов; создавать устройства, приспособления и аппаратуру для реабилитации инвалидов;
  • иметь опыт в постановке и способах решения задач по преобразованию информации, проведения испытаний технических средств диагностики, терапии и хирургии, проведения испытаний оборудования и изделий медицинского назначения.

3. Содержание курса

Тема 1. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами

Ключевые слова: биологический объект, физическое поле, ионизирующее излучение, ультразвуковая волна, электромагнитное поле, вибрация, тепловое поле.

Общие сведения о физических полях. Виды физических полей. Взаимодействие ионизирующих излучений и тяжелых заряженных частиц с биологическим объектом. Физика ионизирующих излучений. Ионизация, поглощенная доза, мощность дозы, фоновое облучение. Электромагнитные и корпускулярные ионизирующие излучения. Взаимодействие рентгеновских лучей и гамма-излучения с биологическим объектом. Радиолиз воды и водных растворов, действие на белки, липиды. Области организма, наиболее повреждаемые излучением. Физика позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Взаимодействие ультразвуковой волны с биологической тканью. Основные сведения об ультразвуке, законах распространения, способах получения и регистрации. Биофизика ультразвуковых эффектов. Величина рассеянной и поглощенной мощности, сечения взаимодействия. Тепловые механизмы ультразвука. Влияние ультразвука на кровоток, мышечный спазм, растяжимость тканей, подвижность суставов, болевые ощущения. Нетепловые механизмы действия ультразвука. Радиационное давление, акустическая кавитация, разрушение биологических структур. Акустические течения и микровибрация. Закономерности биологического действия высокочастотного и низкочастотного ультразвука на организм человека. Влияние ультразвука на рН, резонансные явления в биологических тканях. Термическое действие ультразвука, пороговая интенсивность. Химические эффекты, тиксотропное действие.

Воздействие лазерного излучения на биологический объект. История развития лазеров. Определение областей распределения выделяемой лазерной энергии излучения при различных величинах рассеяния и поглощения. Определение геометрии объема поглощения лазерной энергии биологическим объектом. Эффекты от взаимодействия лазерного излучения с биотканью. Выбор длины волны лазерного излучения для медицинских установок.

Воздействие ультрафиолетового излучения (УФ) на биологический объект. Взаимодействие УФ излучения на кожу, глаза, биологические жидкости. Общие методы измерения УФ радиации.

Биологическое действие электромагнитных полей малой интенсивности. Влияние на эндокринную систему, обмен веществ, сердечно-сосудистую систему, на морфологический состав крови. Защитные мероприятия при работе с электромагнитными полями. Виды экранирования от электромагнитных полей. Прозрачность биологического объекта для низкочастотного магнитного поля.

Взаимодействие постоянного электрического поля с биологическим объектом. Характеристики электрических полей. Взаимодействие постоянного магнитного поля с биологическим объектом. Методы получения однородных и неоднородных магнитных полей. Сила действия магнитного поля на биологическую ткань. Воздействие на биологический объект постоянного тока, импульсного тока низкой частоты низкого напряжения, высокого напряжения высокой и сверхвысокой частоты.

Ядерно-магнитный резонанс (ЯМР) в биологических тканях. Использование ЯМР в медицинской технике для диагностики. Воздействие вибрационных полей на биологический объект. Вибрация и ее характеристики. Особенности биодинамики человека при вибрациях, влияние вибрации на остроту зрения. Тепловые поля и биологический объект, перенос тепла.

Основная литература к теме 1

  1. Аккерман Ю. Биофизика. – М.: Мир, 1964.
  2. Виброзащита человека-оператора и вопросы моделирования. Отв. ред. К.В.Фролов. – М.: Наука, 1973.
  3. Журнал экспериментальной и клинической медицины. 1985, том 25, № 3.
  4. Коггл Дж. Биологические эффекты радиации. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
  5. Кудряшов Ю.Б., Бернфельд П.С. Основы радиационной биофизики. – Изд. МГУ, 1982.
  6. Лундин А.Т., Федин Э.И. ЯМР: основы и применение. – Новосибирск: Наука, 1980.
  7. Медицинская радиология. 1983, том 28, № 6.
  8. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Наука, 1989.
  9. Фролов К.В., Миркин А.С., Моршанский В.Ф. и др. Использование вибрации в биологии и медицине. – М.: Наука, 1989.
  10. Эйдус Л.Х. Физико-химические основы радиобиологических процессов и защиты от излучений. – М.: Атомиздат, 1979.

Дополнительная литература к теме 1

  1. Думанский Ю.Д., Сердюк А.М., Лось И.П. Влияние электромагнитных полей радиочастот на человека. – Киев: Здоровье, 1975.
  2. Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучений. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
  3. Козлова А.В. Лучевая терапия злокачественных опухолей. – М.: Медицина, 1976.
  4. Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека. – М.: Советское радио, 1974.
  5. Переслечик И.А., Саркисян Ю.Х. Клиническая радиология. – М.: Медицина, 1972.
  6. Применение методов и средств лазерной техники в биологии и медицине. – Киев: Навукова думка, 1981.

Тема 2. Анализ и преобразование медико-биологических сигналов

Ключевые слова: сигнал, спектр, преобразование Фурье, дискретизация квантование, кодирование, шумы, теория реконструкции, фильтрация, поиск экстремумов, отношение сигнал/шум.

Классификация сигналов. Детерминированные, случайные, аналоговые квантованные, цифровые сигналы. Специфические особенности медико-биологических сигналов. Диапазон и характеристики. Детерминированные сигналы. Определения, характеристики. Методы преобразования детерминированных сигналов. Передача сигнала в линейных системах. Допущение о линейности, инвариантности к сдвигу систем передачи сигналов. Импульсная реакция фильтра. Свертка функций. Спектральное преобразование сигнала. Спектр сигнала. Непрерывное и дискретное преобразование Фурье. Быстрое преобразование Фурье. Частотно-контрастная характеристика фильтра. Теорема свертки. Примеры применения преобразования Фурье при обработке медицинских сигналов.

Фильтры и их характеристики. Классификация фильтров, их характеристики. Аналоговые, цифровые, 1 и 2 порядка, низко- и высокочастотные, рекурсивные, нерекурсивные. Элементы цифровых фильтров. Проектирование рекурсивных и нерекурсивных фильтров. Фильтр скользящего среднего, сглаживание методом наименьших квадратов, нерекурсивный заграждающий фильтр. Проектирование рекурсивных фильтров 1 и 2 порядков.

Дифференцирование и интегрирование сигналов. Дифференцирование и интегрирование сигналов аналоговыми и цифровыми методами. Необходимость операции, алгоритм обработки, схемы фильтров. Применение дифференциатора для анализа ЭКГ-сигналов. Нахождение экстремума в сигналах. Определение экстремальных значений сигнала. Математические методы. Алгоритмы. Схемы детектора. Применение.

Дискретизация сигналов. Теорема отсчетов (прямая и обратная). Искажения 1 и 2 рода во временной и пространственной области. Понятие идеального фильтра. Методы борьбы с искажениями. Количественная оценка систем записи и воспроизведения информации. Критерии количественной оценки систем записи и воспроизведения информации.

Шумы. Количественные характеристики шума. Математическое ожидание, дисперсия. Ковариационная и корреляционная функции. Понятие стационарности и эргодичности случайных процессов. Спектральная мощность шума. Оптимизация характеристик фильтров по зашумленности сигнала. Отношение “сигнал-шум”. Источники шума, помехи при преобразованиях сигнала.

Обработка ЭКГ-сигнала. Запись и ввод, фильтрация. Определение частоты и периода сердечных сокращений. Распознавание характерных элементов ЭКГ. Интерпретация и классификация ЭКГ. Теория реконструкции изображений в медицине. Элементы теории реконструкции изображений в медицине. Область применения. Количественные оценки преобразования шума.

Сигналы теплового излучения. Преобразование сигнала при получении тепловых изображений. Интегральное значение отношения “сигнал-шум”. Сигналы в рентгенодиагностических системах. Особенности преобразования сигнала в рентгенодиагностических системах. Приемники информации. Сигналы в рентгеновской трансмиссионной компьютерной томографии. Преобразование сигнала в рентгеновской трансмиссионной компьютерной томографии. Преобразования при реконструкции изображения. Практическая реализация метода. Итерационные методы. Требования к угловой дискретизации.

Преобразование сигналов в ядерно-магнитно-резонансных системах. Ядерный магнитный резонанс. Реконструкция изображения по проекциям. Двумерная Фурье-визуализация. Связь между изображением и распределением плотности спинов.

Основная литература к теме 2

  1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Радиосвязь, 1986. – 512 с.
  2. Зайцева Е.Г. и др. Анализ и преобразование медико-биологических сигналов / Учебно-методическое пособие для студентов специальности Т 06.03 “Биотехнические и медицинские аппараты и системы” – Минск, БГПА, 2001. – 81 с.
  3. Инструментальные методы исследования в кардиологии / Под научной ред. Г.И.Сидоренко. – Минск, 1994. – 272 с.
  4. Микроанализаторы в физиологии / Пер с англ. Под ред. П.Фрейзера. – М.: Мир, 1990. – 383 с.
  5. Микрокомпьютерные медицинские системы. Проектирование и применение / Пер. с англ. – М: Мир, 1983. – 544 с.
  6. Рангайян, Р.М. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход / Р.М. Рангайян. – М.: Физматлит, 2010. – 440 c.
  7. Физика визуализации изображений в медицине. В 2-х т./Под ред. С.Уэбба. – М.: Мир, 1991.

Дополнительная литература к теме 2

  1. Антипин М.В. и др. Квалиметрия кинотелевизионных систем. Учебное пособие. – Л.: ЛИКИ, 1976. – 124 с.
  2. Водолазский Л.А. Основы техники клинической электрографии. – М.: Медицина, 1966. – 272 с.
  3. Гребенников О.Ф. Основы записи и воспроизведения изображений. – М.: Искусство, 1982. – 239 с.
  4. Жуков А.Г. и др. Тепловизионные приборы и их применение. – М.: Радио и связь, 1983.
  5. Современные методы автоматизации цитологических исследований. / В.Л.Исаков и др.– М. – Киев: Наук. Думка, 1988.

Тема 3. Приборы, аппараты и комплексы клинической диагностики, терапии, хирургии

Ключевые слова: электроакустичекая аппаратура, ультразвуковые колебания, пьезоэлектрические преобразователи, концентраторы, электрокардиография, позитронно-эмиссионный томограф, спиромонитор, радионуклидные методы, термография, ядерно-магниторезонансный томограф, электротерапия, магнитотерапия, термотерапия, баротерапия, аэроионотерапия, светотерапия, гипо- и гипертермия, вакуумная терапия, ингаляционная терапия, аэроионотерапия, светолечение.

Электроакустическая медицинская аппаратура. Электроакустика. Шкала звуковых частот. Ультразвуковые колебания. Биологическое приложение ультразвука к измерению отношений амплитуд и энергий в акустике. Акустические характеристики звукового поля. Механические и энергетические параметры, характеризующие звуковое поле. Акустические свойства сред. Волновое сопротивление и акустический импеданс. Отражение и преломление звуковых волн. Прохождение плоской волны через плоскопараллельный промежуточный слой. Затухание звука. Глубина проникновения ультразвука. Излучение акустических волн. Форма звукового поля круглого плоского излучателя. Диаграмма направленности.

Виды акустических полей. Импульсные акустические поля. Сфокусированные ультразвуковые поля. Преобразователь-излучатель. Механический и электрический импеданс излучателя. Мощность, КПД и чувствительность излучателя. Излучатели. Преобразователь-излучатель. Механический и электрический импеданс излучателя. Мощность, КПД и чувствительность излучателя.

Приёмники. Преобразователь-приемник. Механический и электрический импеданс приемника. Частота электромеханического резонанса.

Магнитострикционные преобразователи. Магнитострикционные преобразователи. Основные соотношения магнитострикционного эффекта. Поляризованная магнитострикционная система. Энергетический коэффициент магнитомеханической связи. Свойства магнитострикционных материалов. Конструкции магнитострикционных преобразователей. Импеданс магнитострикционного преобразователя.

Пьезоэлектрические преобразователи. Пьезоэлектрические преобразователи. Основные соотношения пьезоэлектрического эффекта. Энергетический коэффициент электромеханической связи. Электрический импеданс пьезоэлектрического преобразователя. Типы пьезоэлектрических преобразователей. Пьезокерамические материалы. Конструкции пакетных преобразователей.

Ультразвуковые трансформаторы упругих колебаний. Распределение амплитуд смещения и напряжения по длине свободного однородного стержня постоянного сечения. Классификация концентраторов. Материалы для концентраторов. Акустические линзы и рефлекторы. Аппараты для ультразвуковой терапии. Устройство и принцип действия ультразвукового ингалятора. Ультразвуковая хирургия. Фокусирующая ультразвуковая аппаратура для создания локальных разрушений в глубинных структурах ткани. Инструментальная ультразвуковая хирургия с помощью низкочастотного ультразвука. Конструкции и расчет ультразвукового хирургического инструмента. Ультразвуковой нейрохирургический аспиратор. Ультразвуковые установки для очистки и стерилизации медицинского инструмента. Ультразвуковые установки для диспергирования и дегазации.

Ультразвуковая диагностика. Ультразвуковые установки для диспергирования и дегазации. Режимы сканирования. Методы сканирования. Механические сканирующие устройства. Сканирующие устройства с электрическим управлением положением ультразвукового луча. Статические и динамические системы ультразвуковой эхоскопии. Ультразвуковые измерители скорости кровотока, построенные на эффекте Доплера. Доплеровский прибор непрерывного излучения. Импульсно-доплеровский излучатель скорости кровотока. Системы диагностики и лабораторных исследований

Методы и технические средства диагностики и лечения сердечно-сосудистой системы. Физические основы электрокардиографии. Теория Эйнтховена. Стандартные отведения. Устройство и принцип работы электрокардиографа. Электроды. Усилитель. Регистрирующее устройство. Векторэлектрокардиоскопы.

Кардиомониторы. Мониторные комплексы по методу Холтера. Лечебно-диагностические комплексы при кардиологических исследованиях. Системы записи ЭКГ плода. Портативные микрокардиоанализаторы. Методы и средства определения частоты сердечных сокращений. Кардиотахометры. Интервалометры. Принципы регистрации фонокардиографии, сфигмограммы, баллистограммы. Магнитокардиография.

Методы и средства измерения кровяного давления. Прямой метод. Измерение среднединамического давления. Инвазивные методы. Ультразвуковой метод. Микрокомпьютерные системы для исследования кровяного давления.

Фотоплетизмография. Методы и средства измерения газового состава крови. Измерение параметров крови, лимфы, клеток, спинномозговой жидкости, продуктов выделения. Спектрофотометр. Рефрактометр. Лабораторные автоматизированные комплексы.

Средства измерения объема и расхода выдыхаемого воздуха. Методы и средства измерения газового состава выдыхаемого воздуха. Средства регистрации дыхательных движений плода. Спиромонитор «Аргус-7». Измерители скорости воздушного потока. Лечебно-диагностические комплексы для исследования органов дыхания. Аппараты функциональной диагностики легких.

Приборы диагностирования при операциях. Наркозные аппараты и мониторы для наблюдения за состоянием больного во время операции. Методы и средства диагностирования жизнеспособности участков скелетной мускулатуры.

Диагностические средства для исследований головного мозга и нервной системы. Методы и средства регистрации ЭЭГ. Позитронно-эмиссионный томограф. Средства диагностики и лечения центральной, вегетативной, конечностной нервных систем. Стимуляторы. Приборы для обучения людей с патологией нервной системы и общения с ними.

Технические средства для измерения линейно-угловых размеров и параметров движений тела и его составных частей, перемещения центра тяжести, параметров тактильного анализатора. Технические средства измерения температуры тела и внутренних органов (контактные и бесконтактные).

Рентгеновские средства диагностики и лечения. Рентгеновский томограф. Радионуклидные методы и средства диагностики и лечения. Радиоизотопные сканеры. Методы и средства термографии. Ядерно-магниторезонансный томограф.

Физиотерапевтическое оборудование. Гальванизация и электрофорез. Аппараты лечения постоянным током. Аппараты для франклинизации.

Аппаратура для лечения импульсными токами. Виды импульсных токов, параметры импульсов. Аппаратура с П-импульсными токами для стимуляции тормозных процессов центральной нервной системы. Аппаратура для лечения синусоидальными модулированными токами «Амплипульс». Аппараты «Эндомед». Аппаратура для воздействия интерференционными токами.

Высокочастотная электротерапевтическая аппаратура. Аппараты для дарсонвализации «Искра». Аппарат типа «Ультратрон». Аппараты для УВЧ-терапии. Аппаратура для дециметровой электротерапии. Аппараты для сантиметровой и миллиметровой электротерапии. Устройства и аппаратура для воздействия постоянным и низкочастотным магнитным полем. Аппараты для высокочастотной и импульсной магнитотерапии.Аппараты для вибро- и гидромассажа. Принцип работы вибромассажера. Параметры и устройство вибромассажеров. Водолечебные камеры, ванны, устройства для виброгидромассажа, для гидрогазовакуумного массажа.

Термотерапия, баротерапия, аэроионотерапия и светотерапия. Устройства для гипо- и гипертермии. Устройства для вакуумной терапии. Устройства для ингаляционной терапии и аэроионотерапии. Аппаратура для светолечения. Поляризованный свет.

Основная литература к разделу 3

  1. Биотехнические системы. Теория и проектирование. Учебное пособие. – Л.: Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР, 1981. – 215 с.
  2. Домаркас В. Й., Пилецкас Э. Л. Ультразвуковая эхоскопия. – Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988. – 276 с.
  3. Киселев, М.Г. Ультразвук в медицине / М.Г. Киселев, В.Т. Минченя, Д.А. Степаненко. – Мн.: БНТУ, 2009. – 428 с.
  4. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. – М.: Мир, 1983. – 544 с.
  5. Медико-технические вопросы рефлексотерапии, физиологии и контроля окружающей среды / Межвузовский сборник научных трудов Под ред. А. А. Малинина. – Тверь, 1992.
  6. Олефиренко В.Т. Водотеплолечение. – М.: Медицина, 1978. – 278 с.
  7. Персианов Э.М. и др. Электроанальгезия в акушерстве и гинекологии. – М.: Медицина, 1978. – 240 с.
  8. Применение ультразвука в медицине: Физические основы: Пер. с англ. / Под ред. К. Хилла. – М.: Мир, 1989. – 568 с.
  9. Свердлин Г.М. Прикладная гидроакустика: Учеб. пособие. – Л.: Судостроение, 1990. – 320 с.: ил.
  10. Соловьева Г.Р. Магнитотерапевтическая аппаратура. – М.: Медицина, 1991. – 174 с.
  11. Улащик В.С. Очерки общей физиотерапии. – Мн.: Навука i тэхнiка, 1994. – 200 с.
  12. Физика визуализации изображений в медицине: В 2-х томах. Т. 2: Пер. с англ./ Под ред. С. Уэбба. – М.: Мир, 1991. – 408 с.: ил

Дополнительная литература к разделу 3

  1. Аппаратура и методы медицинского контроля. Материалы II Всесоюзной научно-практической конференции. – Л.: 1982, 302 с.
  2. Биотелеметрия./Под ред. В.В. Парина. – М.: Медицина, 1974.
  3. Дударев А.Л. Лучевая терапия. – Л.: Медицина, 1982. – 191 с.
  4. Изделия медицинской техники: Требования к надежности и методы испытаний.
  5. Исследования, разработка, испытания и применение медицинской техники для диагностики. Сб. ст. – М., 1989. – 120 с.
  6. Квашнин С.Е. Теория, расчет и проектирование низкочастотных ультразвуковых медицинских инструментов: Учебное пособие. – М.: МВТУ, 1989. – 34 с.: ил.
  7. Литвинов Л.Д., Руденко П.А. Газовая хроматография в биологии и медицине. – М.: Медицина, 1971. – 223 с.
  8. Манкин Р. Б., Павлов Ю. Д. Электрокардиография и фонокардиография. 2-е изд. – М.: Медицина, 1988.
  9. Полищук В.И., Терехова Л.Т. Техника и методика реографии и реоплетизмографии. – М.: Медицина, 1983.
  10. Радиоэлектронная медицинская аппаратура. Науч. тр. (ВНИИ медицинского приборостроения)/ [Науч. ред. А.Г. Тлущенко]. М.: ВНИИМП, 1989. – 101 с.
  11. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки/ Под общ. ред. В.А. Волосатова. – Л.: Машиностроение, 1988. – 719 с.: ил.
  12. Улащик В.С., Чиркин А.А. Ультразвуковая терапия. – Мн.: Беларусь, 1983. – 25 с.: ил.
  13. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Гл. ред. И. П. Голямина. – М: Советская энциклопедия, 1979. – 400 с.
  14. Щетникович К.Г. Приборы и системы для ультразвуковой эхоскопии: Учебно- метод. пособие. – Мн.: БГПА, 1999. – 38 с.: ил.
  15. Щетникович К.Г. Электроакустические преобразователи. Расчет составного пьезокерамического преобразователя: Метод. пособие. – Мн.: БГПА, 1999. – 37 с.: ил.

Тема 4. Медицинское механическое и электрическое оборудование

Ключевые слова: медицинские инструменты, оборудование для стерилизации и дезинфекции, дозаторы, микротомы, центрифуги, аквадистилляторы, светильники медицинские, столы операционные.

Медицинские инструменты. История возникновения и развития. Отраслевая классификация медицинских инструментов (МИ). Общие технические условия. Требования, предъявляемые к материалам МИ. Металлические и полимерные материалы.

Коррозия МИ и защита от неё. Влияние биологических сред, стерилизация и обработка, защита поверхности инструмента. Выбор типа покрытия и чистоты обработки поверхности, Выбор метода стерилизации, в зависимости от материала, шероховатости покрытия и т. д.

Режущие инструменты. Назначение и классификация. Однолезвийные, встречнорежущие, многолезвийные. Боры, фрезы зуботехнические, пилы медицинские и др. режущие инструменты.

Колющие инструменты. Термины и определения. Виды игл (инъекционные, хирургические, для пункции, акупунктурные, для обработки корневого канала зубов). Скобы. Шовные материалы.

Оттесняющие и расширяющиеся инструменты. Крючки, расширители и др. Зондирующий и бужирующий инструмент.

Зажимные инструменты. Функциональное назначение и классификация. Расчёт на прочность, жёсткость, определение размеров.

Специальные инструменты. Инструменты для микрохирургии офтальмологические, нейрохирургические, для хирургии сосудов, рефлексотерапии.

Стоматологическое оборудование. Основные узлы стоматологической установки. Наконечники прямые и угловые. Турбинные наконечники. Конструкции. Расчёт турбин и наконечников для микромоторов. Гидравлическая схема стоматологической установки. Электрическая схема стоматологической установки. Вспомогательные узлы: встроенный слюноотсос, трёх функциональный шприц для подачи воздуха, воды, воздушной смеси, плевательница. Вибрационные устройства для уплотнения стоматологических материалов.

Электродрели медицинские. Требования к конструкции. Особенности привода и фиксации инструмента. Сшивающие аппараты. Классификация. Конструкции. Безыгольные инъекторы. Классификация. Расчёт. Конструктивные схемы.

Оборудование для стерилизации и дезинфекции. Классификация. Стерилизаторы. Типы. Конструкции. Электрические схемы. Устройства для дезинфекции. Камеры для дезинфекции вещей. Аппаратура для создания дезинфицирующих паров и газов. Аппарат для распыления дезинфицирующих жидкостей и порошков. Расчёт параметров распыления аэрозолей в помещениях. Моечные машины.

Дозирующие устройства. Дозаторы. Микродозаторы. Микропипетки. Классификация. Схемы. Расчёт.

Оборудование для медицинских исследований. Микротомы. Центрифуги. Аквадистилляторы.

Светильники медицинские. Классификация. Схемы. Конструкции. Расчёт.

Оборудование для размещения пациентов. Столы операционные. Кресла. Кушетки. Кровати. Классификация. Требования. Технические характеристики.

Основная литература к теме 4

  1. Зайцева Е.Г., Гуляева И.В. Медицинский инструментарий и принадлежности для интубации и анестезии. - Минск: Тезей, 2003. - 52 с.
  2. Кабатов Ю.Ф. Медицинские инструменты, аппаратура и оборудование. - М.: Медицина, 1997. - 211с.
  3. Новые медицинские инструменты. Сборник научных трудов. – М.: Медицина, 1989. - 134с.
  4. Сабитов В.Х. Медицинские инструменты - М.: Медицина, 1985. –175с.
  5. Сабитов В.Х. Медицинские микроинструменты (обзорная информация). - М.: Медицина, 1982. - 28с.
  6. Сабитов В.Х., Репин В.А. Механизированные инструменты для стоматологии. Информационное обеспечение. – М.: Медицина, 1984. – 95с.

Дополнительная литература к теме 4

  1. Горбачёв А.А. и др. Безыгольный способ введения биологических препаратов в организм. – М.: Медицина, 1972. - 102 с.
  2. Краснов М.М. Микрохирургия глауком. - М.: Медицина, 1980. - 248 с.
  3. Нечай А.И. и др. Неоперативное удаление камней из желчных протоков при наружном их дренажировании . - Л.: Медицина, 1987. - 160с.

Тема 5. Конструирование и производство систем замены органов и аппаратура для инвалидов

Ключевые слова: синартозы, диартозы, искусственные органы, электрокардиостимуляторы, протезирование, мембранные оксигенаторы, трости, костыли, инвалидные коляски, тренажеры для реабилитации больных и инвалидов.

Основные термины и определения. Искусственные органы и функциональные протезы. Краткий обзор истории биомеханики и протезостроения.

Функциональные приспособления, протезы и аппараты. Классификация протезно-ортопедических изделий. Вопросы функциональной анатомии человека. Позвоночник, грудная клетка, плечевой пояс, суставы, верхние и нижние конечности. Суставы. Синартозы, диартозы. Классификация. Особенности строения и работы. Антропометрическая и инерционная норма.

Протезирование нижних конечностей. Структурная схема биокинематической цепи нижней конечности. Суставы нижней конечности, их краткая характеристика. Механика нижних конечностей. Поступательное движение человека в норме. Основные термины и понятия. Шаг, период шага, фазы опоры и переноса. Общие признаки ходьбы в норме. Кинематический анализ голеностопного, голеностопного, коленного и тазобедренного суставов при ходьбе в норме. Основные кинематические и динамические характеристики человека при ходьбе в норме и на протезах. Физиологические, биомеханические и механические условия и принципы построения протезов.

Основные предпосылки рационального протезирования нижних конечностей. Уменьшение энерготрат на ходьбу, кинематической динамической асимметрии. Рациональное распределение масс в протезе и ортезе. Кинематическая совмещенность шарниров и суставов. Расположение осей в протезе. Подкосоустойчивость. Некоторые особенности геометрии приемных гильз для культи. Особенности построения коленного, голеностопного и плюснефалангового искусственных сочленений.

Общие понятия о построении протеза и ортеза. Индивидуальная схема их построения. Требования, предъявляемые к ней. Параметры, определяющие построение протеза или ортеза.

Схема построения протеза голени. Схема построения протеза бедра. Схемы построения протезов после двухсторонних ампутаций и вычленения бедра.

Ортезирование нижних конечностей. Биомеханика ортезирования. Особенности индивидуальной схемы сборки ортопедического аппарата.

Узлы и детали протезов нижних конечностей. Индивидуальные и универсальные узлы и детали протезов. Голеностопные узлы. Голени-стойки с опорным элементом (протезы без стопы). Безшарнирные, жесткие и гибкие голеностопные узлы. Узлы с аккумулирующими энергию свойствами. Узлы с одноосным и многоосным голеностопным шарниром. Голеностопные узлы с гидравлическим управлением кинетики и кинематики.

Коленные узлы. Коленные узлы с моноцентрическим шарниром. Свободно-подвижные коленные узлы с ручным замком, с фрикционным тормозом в коленном шарнире, с зависимым от нагрузки управлением в фазе опоры и т.д. Коленные узлы с полицентрическим шарниром. Биомеханика многозвенного коленного механизма. 4-х-осные и 6-ти-осные шарнирные механизмы.

Специальные конструкции узлов. Осевые ротационные узлы с автоматическим возвратом и с ручным замком. Узлы обычного характера. Механизмы крепления протезов. Специальные конструкции приемных гильз.

Протезирование верхних конечностей. Функциональная анатомия и биомеханика руки и кисти. Биомеханические особенности двигательного аппарата верхних конечностей. Биомеханические характеристики отдельных движений верхних конечностей. Классификация способов и видов схвата.

Биомеханические особенности построения протезов верхних конечностей. Особенности построения протезов с тяговым управлением и с внешними источниками энергии. Особенности построения рабочих протезов.

Биомеханические особенности построения ортопедических аппаратов для верхних конечностей.

Средства протезирования верхних конечностей. Системы протезов верхних конечностей: косметические и функциональные, активные и пассивные протезы. Протезы с внешними источниками энергии и миоэлектрические протезы. Гибридные протезы. Биоуправляемые протезы.

Протезирование при различных уровнях ампутации. Протезы пальцев. Протез части кисти, протезы предплечья, плеча и их разновидности. Особенности конструкций.

Устройства и аппараты для восстановления формы и функций различных элементов опорно-двигательного аппарата. Ортезирование туловища и позвоночника. Биомеханика ортезирования туловища и позвоночника. Классификация ортезов, примеры конструкций, принцип действия.

Общие вопросы технологии изготовления протезно-ортопедических изделий. Основные понятия о протезировании и протезостроении. Материалы и полуфабрикаты. Основные технологические операции. Технология протезно-ортопедических изделий. Сборка и контроль протезно-ортопедических изделий.

Искусственные органы. Физиологические и анатомические аспекты конструирования искусственных органов.

Искусственное сердце. Разработка и экспериментальное применение искусственного сердца. Сердечные насосы: конструкции, технология изготовления. Требования к материалам для изготовления протезов сердца. Искусственное сердце «Поиск-10М».

Вспомогательное кровообращение. Методы, улучшающие метаболизм миокарда за счет снижения постнагрузки, - методы контрпульсации: аппаратура, применяемые материалы, разновидности конструкций. Методы, улучшающие метаболизм за счет уменьшения преднагрузки, - методы шунтирования. Паракорпоральные системы обхода сердца. Насосы. Искусственные желудочки сердца (ИЖС). Требования, предъявляемые к ним. Разновидности конструкций. Методы, улучшающие метаболизм за счет уменьшения конечно-систолического объема, - кардиомассаж и внутрижелудочковое вспомогательное кровообращение (ВК). Имплантируемые автономные системы ВК. Полностью и частично автономные системы ВК. Особенности конструкций. Методы, улучшающие непосредственно коронарную перфузию, - ретроградная перфузия и окклюзия коронарного синуса, перфузия коронарных артерий и т.д. Вспомогательное кровообращение путем манипуляций на коронарном синусе. Аппаратура. Требования, предъявляемые к ней. Разновидности конструкций.

Электрокардиостимуляторы в системе организм-имплантант: коррозийная устойчивость, прочность, биоинженерные принципы конструирования. Основные типы современных электрокардиостимуляторов. Классификация. Особенности конструкций. Алгоритм функционирования и показания к применению. Перспектива развития ЭКС.

Протезы клапанов сердца. Классификация. Требования к конструкции. Гидродинамика протезов клапанов сердца. Модели протезов клапанов сердца. Механическая прочность, износоустойчивость, коррозионная устойчивость, химическая инертность.

Искусственные легкие. Мембранные оксигенераторы. Основные конструктивные особенности. Клинические модели. Мембранные оксигенераторы в клинической кардиохирургии. Пленочные, пузырьковые, пенно-пленочные, жидкостно-жидкостные оксигенераторы.

Экстракорпоральная «вспомогательная печень. Перфузионные методы лечения. Живая печеночная ткань в экстракорпоральных перфузионных системах. Методы выделения изолированных гепатоцитов, их жизнеобеспечение и функциональная оценка. Удержание изолированных гепатоцитов в экстракорпоральной «вспомогательной печени» и ее основные элементы.

Гемосорбция и плазмофорез. Методы очищения крови. Аппараты, применяемые для этих методов. Требования, предъявляемые к ним. Особенности конструкций.

Искусственная эндокринная поджелудочная железа. Технические аспекты создания аппаратов. Стационарные аппараты типа «Биостатор». Парокорпоральные (носимые) и имплантируемые дозаторы инсулина. Особенности конструкций.

Искусственная почка. Диализные мембраны и диализаторы. Аппаратура для гемодиализа. Требования, предъявляемые к ней. Особенности конструкций.

Принципы управления искусственными органами. Методические и технические аспекты управления искусственным сердцем.

Аппаратура для инвалидов. Введение. Предмет и задачи курса. Определение инвалидности. Первичная инвалидность. Общая инвалидность. Факторы, влияющие на трудоспособность и инвалидность. Группы инвалидности. Причины, приведшие к инвалидности. Показатели инвалидности и ее динамика.

Государственная программа по предупреждению инвалидности и реабилитации инвалидов. Закон РБ о предупреждении инвалидности и реабилитации инвалидов. Общие положения. Государственная политика в области предупреждения инвалидности и реабилитации инвалидов. Государственная программа по предупреждению инвалидности и реабилитация инвалидов. Медицинская реабилитация. Профессиональная реабилитация. Социальная реабилитация.

Ортопедическая обувь и вкладные приспособления, как мера профилактики инвалидности. Вкладные ортопедические приспособления для стандартной обуви. Разгружающие приспособления. Корригирующие приспособления. Малосложная ортопедическая обувь. Сложная ортопедическая обувь.

Ортопедические средства для туловища. Точки воздействия. Конструирование ортопедических средств. Применяемые материалы и детали. Фиксирующие корсеты. Корригирующие устройства. Бандажи. Ортопедические средства при заболеваниях в области шеи и грудной клетки. Кровать по Шеде. Головодержатели.

Ортопедические аппараты для нижних конечностей. Аппарат на голеностопный сустав. Аппарат на голень с захватом голеностопного и коленного суставов. Аппарат на коленный сустав. Аппарат на тазобедренный сустав с захватом или без захвата коленного сустава. Аппарат на всю ногу. Аппарат на всю ногу при повреждениях позвоночника. Шины для х- и о- образных нижних конечностей.

Ортопедические аппараты для верхних конечностей. Фиксирующие и корригирующие аппараты. Аппарат-кистедержатель. Аппарат на кисть при параличе пальцев. Аппарат на предплечье с захватом лучезапястного и локтевого сустава. Рабочие аппараты. Шины при косорукости.

Туторы. Туторы на нижние конечности. Тутор на голеностопный сустав шинно-кожанный. Тутор на всю ногу. Туторы на верхние конечности. Тутор на лучезапястный сустав из пластмассы. Тутор на всю руку.

Аппараты слухового протезирования. История развития. Медицинские аспекты использования слуховых аппаратов. Слуховые аппараты воздушной проводимости. Слуховые аппараты костной проводимости. Сурдотехнические и вспомогательные приборы для глухих.

Аппараты для исправления речи. Устройство и принцип действия.

Приспособления для самообслуживания инвалидов. Манжеточные приспособления. Пассивно-установочные приспособления. Активно-пассивные приспособления. Приспособления для ванной, туалета и кровати. Вспомогательные приспособления для ухода за телом. Вспомогательные приспособления для надевания и снимания одежды. Вспомогательные приспособления для выполнения домашних работ. Вспомогательные приспособления для ходьбы. Трости. Костыли. Методы испытаний.

Инвалидные коляски. Типы. Устройство и компоновка. Методы испытаний инвалидных колясок.

Приборы для коррекции зрения. Типы оправ корригирующих очков. Конструкции унифицированных элементов оправ корригирующих очков. Материалы для изготовления оправ корригирующих очков. Расчеты конструкции оправ корригирующих очков. Линзы корректирующих очков. Контактные линзы. Дырчатые очки.

Тренажеры для реабилитации больных и инвалидов. Механотерапевтические устройства для восстановления движения в суставах. Устройства для реабилитации опорно-двигательного аппарата. Аппараты для мобилизационной коррекции позвоночника. Комплексный тренажер для реабилитации больных вследствие неврологических заболеваний.

Основная литература к разделу 5

  1. Достижения науки и техники в СССР и за рубежом. Новости медицинского приборостроения. (Труды института)-М., 1973.
  2. Искусственные органы и биоуправляемые протезы. - М., Знание, 1972,80с.
  3. Искусственные органы. /Под редакцией В.И. Шумакова: - М.: Медицина, 1990, 270с.
  4. Конструкции протезно-ортопедических изделий. /Под. ред. А.П. Кужекина. - М., Легкая и пищевая промышленность, 1984, 240с.
  5. Приспособления для инвалидов. Тематический выпуск-М., 1992.-40 с.
  6. Протезирование и протезостроение. /Под ред. Б.П. Попова - сборник трудов ЦНИИПП - М. вып.15 - 1965г., вып.18 - 1966г., вып.21 - 1968г., вып.79 - 1987г., вып.82 - 1988г.
  7. Протезирование и протезостроение. Сборник научных трудов. ВНИИПП. 1965-1998.
  8. Славуцкий Я.Л. Физиологические аспекты биоэлектрического управления протезами. - М., Медицина, 1985, 288с.
  9. Справочник по протезированию. /Под ред. В.И. Филатова. - Л., Медицина, 1978, 280с.
  10. Технология протезно-ортопедических изделий. /Под ред. Кужекина. - М., Легпромбытиздат, 1985, 312с.
  11. Трансплантация и искусственные органы. / Под ред. В.И. Шумакова. - М., 1986, 208с.

Дополнительная литература к разделу 5

  1. Протезирование детей с дефектами конечностей/ Под ред. В.И. Филатова. – Л.: Медицина, 1981. – 280 с.
  2. Р.Кригхофф Ортопедия: Пер. с немец. М.: Медицина, 1984, 230 с.
  3. Технология изготовления очков, под редакцией проф. Л.С.Урмахера, Москва, «Медицина, 1990 г.
  4. Шенк Н.А. Лечебное протезирование в ортопедии: Москва. Издательство «Медицина», 1975, 223 с.