Praktika z návrhu a konstrukce lékařských přístrojů

V rámci prakticky orientovaného předmětu si studenti osvojí znalosti v oblasti návrhu a konstrukce dílčí měřicí části lékařského přístroje a dále prohloubí znalosti z oblasti fyziky, matematiky a teorie systémů a signálů. Na začátku si každá dvojice studentů zvolí úlohu, kterou budou v průběhu celého semestru zpracovávat. V jednotlivých blokových cvičeních si projdou celým postupem výroby přípravku, tj. volba vhodného senzoru/rozhraní, vymezení vstupních a výstupních veličin, volba vhodných součástek, limitace použití, tvorba samotné DPS pro přípravek, její osazení a oživení, řešení otázky bezpečnosti a galvanického oddělení napájecí a signálové cesty. V další části si přípravek připojí pomocí měřicí datově karty k PC, digitalizují naměřený signál, provedou analýzu signálu v časové a frekvenční oblasti, provedou kalibraci, návrh digitálního filtru, aplikují diferenciální a integrální počet pro výpočet dalších fyzikálních veličin apod. Výstupem předmětu bude krom samotného měřicího přípravku i jeho kompletní technická dokumentace a jednoduchá měřicí/vyhodnocovací aplikace v prostředí LabVIEW SignalExpress. Krom blokově orientovaných cvičení jsou součástí předmětu i čtyři semináře k prohloubení teoretických znalostí v oblasti elektroniky, teorie zpracování signálu, designu a ergonomie, bezpečnosti, legislativy a norem.

Vzhledem k blokové formě výuky je povinná účast na obou blocích cvičení a seminářích.

Studenti budou hodnoceni bodově v průběhu celého semestru formou dvou testů a také za odevzdání jednotlivých dílčích části technické dokumentace. Zakončení předmětu bude formou 10 minutové prezentace (5 minut diskuze) dané realizované úlohy.

Průběžné testy budou jednak z obecných teoretických znalostí a dále pak z oblasti, které se týkají jejich úlohy. Pro úspěšné absolvování je zapotřebí dosáhnout alespoň 50% bodů z každého testu. Maximální počet bodů za test je 20. Povolen je opravný termín pouze jednoho testu.

Technická dokumentace bude hodnocena ze dvou dílčích částí:

-rešerše a stanovení cílů problematiky návrh metod řešení,

-metody řešení, výsledky a jejich diskuze, měření a závěr.

Každá část bude hodnocena 15 body, čili celkový počet bodu za technickou dokumentaci je 30. Jednotlivé části technické dokumentace studenti dodají v elektronické podobě do stanovených termínů na emailovou adresu pnk@fbmi.cvut.cz

Celkové hodnocení je tedy součtem bodového hodnocení za průběžné testy, za zpracování technické dokumentace a za závěrečnou prezentaci, celkem tedy 100 bodů. Výsledná klasifikace je stanovena podle stupnice ECTS.

- 20 b - průběžný test v prvním bloku cvičení

- 20 b - průběžný test v druhém bloku cvičení

- 30 b - technická dokumentace

- 30 b - závěrečná prezentace

V rámci předmětu proběhne 6 povinných 2 hodinových seminářů na začátku semestru. V rámci seminářů budou vysvětlena následující témata:

T1. Úvod do předmětu a jeho administrativa. Základní filozofie návrhu zařízení.

T2. Konvence značení součástek, práce se schématem a jeho interpretace. Práce s katalogovým listem, běžné pouzdra součástek a jejich parametry, základní principy při návrhu DPS. Základní a doporučená zapojení s OZ, zapojení se senzory.

T3. Návrh zařízení, stanovení vstupních podmínek pro jeho realizaci. Analogový signál, jeho úprava a diskretizace, vzorkování, DSP, úvod do numerické algebry, numerické zpracování signálu. Zařízení jako systém a jeho přenosová funkce. Komunikační a datové rozhraní.

T4. Mechanická konstrukce zařízení, krytí a elektrická bezpečnost.

T5. Standardy a normy, design a ergonomie. Obecná legislativa procesu vývoje a výroby prototypu/finálního výrobku, RoHS, likvidace nefunkčních a vysloužilých výrobku. Normy a legislativa pro použití ve zdravotnictví.

T6. Prototypová výroba, využití OEM, marketing. Ohlednutí za kuriozitami z praxe.

Vzhledem k nutnosti realizovat jistou časovou souslednost operací a možnost realizovat ucelenou část vývoje, je realizována bloková výuka.

Jednotlivé tematické bloky budou obsahovat ve cvičeních následující témata:

TB1. Návrh schématu a DPS, volba součástek, tvorba dokumentace.

TB2. Výroba DPS, osazení součástek, technologie THT a SMT, proces přetavení, pájení (olovnaté a bezolovnaté). Optická kontrola a proces oživení přípravku.

TB3. Návrh měřicí aplikace v prostředí LabVIEW, digitalizace signálu, jeho digitální analýza a zpracování v časové a frekvenční oblasti, kalibrace, návrh digitálních filtrů, aplikace diferenciálního a integrálního počtu, numerické a statistické zpracování.

TB4. Napájení, stabilizace napětí, zdroje referenčního napětí, galvanické oddělení pomocí DC/DC měničů, optické oddělení signálu. Reverzní inženýrství

V rámci cvičení se budou realizovat následující tematické úlohy:

U1. Využití senzoru neelektrických veličin - aplikace spirometrie, invazivní a neinvazivní krevní tlak, teplota

U2. Měření biopotenciálů - aplikace EKG, EMG, EOG

U3. Využití záření (viditelné, IR a UV) - aplikace absorpční spektrofotometrie

Cílem předmětu je, aby studenti využili poznatků z ostatních relevantních předmětů a vhodně je aplikovali při řešení výše uvedených problémových okruhů. Po absolvování předmětu by studenti měli mít jistou zkušenost s tím, co znamená navrhnout a co znamená realizovat konkrétní obvod. Co vše musí uvažovat a jak to přibližně lze řešit.

[1] Vejrosta, V. Konstrukce zdravotnických elektrických přístrojů. Aplikace požadavků mezinárodních a evropských norem. Česká společnost pro zdravotnickou techniku: Praha, 2001. 72 s.

[2] Cetl., T., Papež, V. Konstrukce a realizace elektronických obvodů. Vydavatelství ČVUT: Praha, 2002. 263 s.

[3] Kudláček, I. Úprava elektrotechnických zařízení do ztížených provozních prostředí. Vydavatelství ČVUT: Praha, 2005. 103 s.

[4] Husák, M. Návrh napájecích zdrojů pro elektroniku. Přednášky. Vydavatelství ČVUT: Praha, 2006. 159 s.

[5] Husák, M., Jirásek, L., Krejčiřík, A. Návrh napájecích zdrojů pro elektroniku. Cvičení. Vydavatelství ČVUT: Praha, 2006. 174 s.

[6] Cetl, T. Aplikace elektrochemických zdrojů. Vydavatelství ČVUT: Praha, 2004. 145 s.

[7] Cetl, T., Hrzina, P., Papež, V. Příklady konstrukčních řešení elektronických obvodů. Vydavatelství ČVUT: Praha, 2006. 122 s.

[8] Sedláček, J. Materiály a technologie pro elektroniku. Laboratorní cvičení. Vydavatelství ČVUT: Praha, 2005. 53 s.

[9] Mindl, P., Novotný, V. Měření a zkoušení elektrických přístrojů. Vydavatelství ČVUT: Praha, 2001. 85 s.

[10] Vondrák, M. Vybrané stati z elektromagnetické kompatibility. Vydavatelství ČVUT: Praha, 2006. 131 s.

[11] Abel, M., Cimburek, V. Bezolovnaté pájení v legislativě i praxi. Pardubice: ABE.TEC, 2005. 179 s.

[12] Abel, M. Plošné spoje se SMD, návrh a konstrukce. Pardubice: Platan, 2000.

[13] Záhlava, V. Návrh a konstrukce desek plošných spojů. Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2005. 75 s.

[14] Mach, P., Skočil, V., Urbánek, J. Montáž v elektronice, pouzdření aktivních součástek, plošné spoje. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2001. 440 s.

[15] Škeřík, J. Technický receptář. 660 receptur pro kutily a profesionály. Praha: FCC Public, 1999. 285 s.

[16] Petruzella, F.D., Lab Manual for Programmable Logic Controllers with LogixPro PLC Simulator. 3rd ed. Boston: McGraw-Hill, 2005. p. 193.

• Bakalářský studijní obor Biomedicínský technik - prezenční (povinný předmět)