biomedicinsko inženjerstvo i tehnologije_uvod - ppt

1

Biomedicinsko inženjerstvo i tehnologije

Odsek za fizičku elektroniku

Smer za biomedicinsko i ekološko inženjerstvohttp://nobel.etf.rs/studiranje/osnovne_studije/bmei/

Rukovodilac smera: Prof. Dejan Raković

Ovo usmerenje je vezano za delatnost članova Katedre za fizičku elektroniku, a posebno medicinske fizike

30 Ukupno:63+1+ 1IBilo koji predmet sa bilo kog drugog smera/odseka5.5

63+1+ 1 IOsnovi telekomunikacija5.5

Bira se jedan od dva izborna predmeta:

63 +2+ 0OOsnovi biofizike5.4

63+1+1 OPrincipi biomedicinskog inženjerstva5.3

63+0+2OFizičko-tehnička merenja5.2

63+2+0OStatistička fizika5.1

kreditičasovistatuspredmet5. SEMESTAR

30 15+10+0Ukupno:6IZavršni rad6.3-5

63+2+0IBilo koji predmet sa bilo kog drugog smera/odseka6.3-5

63+2+0IEkonomija i menadžment6.3-5

63+2+0IEkološki/obnovljivi izvori energije6.3-5

63+1+1ISistemi odlučivanja u medicini6.3-5

63+0+2ISenzori i pretvarači6.3-5

Bira se tri od šest izbornih predmeta iz sledeće grupe:

63+2+0OMetode formiranja medicinske slike6.2

63+2+0OAkvizicija elektrofizioloških signala6.1

6. SEMESTAR

2

3015+10+0Ukupno:

63+2+0IBilo koji predmet sa bilo kog drugogsmera/odseka

63+2+0IMetode analize elektrofizioloških signala

63+1+1 IBiomehanika

63+1+1 IBiomaterijali

Bira se dva od četiri izborna predmeta iz sledeće grupe:

63+1+1 OSistemi za digitalnu obradu slike

63+1,5+0,5 ONuklearna medicinska tehnika

63+2+0 ONuklearna fizika

7. SEMESTAR

30 15+10+0Ukupno:63+2+0IPredmet sa drugog smera/odseka

63+2+0INuklearna tehnika

63+1+1IZaštita od buke i vibracija

63+2+0IKvantna informatika

63+2+0IKliničko inženjerstvo

Bira se jedan od pet izbornih predmeta iz sledeće grupe:

12ODiplomski rad

63+2+0 OTelemedicina

63+1+1 ODozimetrija i zaštita od zračenja

8. SEMESTAR

Biomedicinsko inženjerstvo i tehnologije

Odsek za signale i sisteme

Usmerenje za biomedicinsko inženjerstvo i tehnologijehttp://automatika.etf.bg.ac.yu/index.php?lang=sr

Koordinator: Prof. Dejan Popović

Ovo usmerenje je vezano za aktivnosti članova Katedre za signale i sisteme u domenu elektrofizioloških signala i medicinske slike, sa naglaskom na neuralnom inženjerstvu i tehnologijama namenjenim osobama sa specijalnim potrebama.

Posebna pažnja se posvećuje praktičnom radu (laboratorija, projekti).

3

3024-26Ukupno

32+0+0IStrani jezik

63+1+1IMetode formrianja medicinske slike

63+1+1IEkspertski sistemi i metode odlučivanja

63+1+1IAkvizicija elektrofizioloških signala

Preporučujue se sledeći izbroni predmeti

63+1+1ОUpravljanje u realnom vremenu

63+2+1ОSistemi automatskog upravljanja 2

6. Semestar

3025-26Ukupno

63+2+0IOsnovi biofizike

63+1+1ISignali i sistemi u organizmu

Preporučuju se sledeći predmeti

63+1+1ODigitalna obrada signala

63+2+0OStohastički signali i estimacija

63+2+1OSistemi automatskog upravljanja 1KreditiČasovi (P +V + L)StatusPredmeti

5. Semester

3014-15Ukupno

12ODiplomski rad

62+2+1IProgramiranje u realnom vremenu

63+1+1IKliničko inženjerstvo

63+1+1IVeštačka inteligencija

Preporučuju se predmeti

8. Semestar

3024-25Ukupno

63+1+1IBiomaterijali

63+2+0IMetode analize medicinske slike

63+1+1IDigitalna obrada slike

63+1+1INeuralne mreže

63+2+0IMetode analize elektrofizioloških signala

Preporučuje se sledećih 5 predmeta

KreditiČasovi (P +V + L)StatusPredmeti

7. Semestar

4

SISTEMI I SIGALI U ORGANIZMU 2010/2011Nastavnici:

Dejan Popović (dbp@etf.rs), Mirjana Popović (mpo@etf.rs), kabinet 71

Saradnik u nastavi:

Milica Janković (piperski@etf.rs), kabinet 68

Predispitne obaveze: Vežbe u klinikama (obavezne, ne ocenjuju se) i 2 kolokvijuma u toku godine (maksimum 60 poena)

Ispitne obaveze: Pismeni/usmeni ispit na kraju semestra(maksimum 40 poena). Studenti koji iz objektivnih razloga nisupolagali kolokvijum(e) mogu da ih polažu u januarskom ispitnomroku (ili iduće školske godine).

Literatura: udžbenik i prezentacije predavanja na web-u

Srčani signali dobijeni primenom ultrazvuka

Aktivnost ćelija korteksa dobijena primenom funkcionalne magnetske

rezonance (fMRI)

SISTEMI I SIGNALI U ORGANIZMU

5

SISTEMI I SIGNALI U ORGANIZMU

Zapis električne aktivnosti srca (EKG)

Zapis električne aktivnosti korteksa (EEG)

Tehnička asistencija u nekoliko važnih domena medicine:

• Dijagnostika promena u odnosu na “normalno”

• Prevencija bolesti

• Lečenje bolesti

• Zamena organa

• Zamena sistema

• Bionički čovek ?

• Ćelija ?

SISTEMI I SIGNALI U ORGANIZMU

6

Mehanička asistencija cirkulaciji (primer)

Protok krvi: 5 ℓ / minut

Dnevno: ≈ 7000 ℓ ≈ 7000 kg

Srce podigne 7 tona dnevno približno 1 metar

7

DIJALIZA I VEŠTAČKI BUBREG

VEŠTAČKI EKSTREMITETI

8

Ruka koju gledate je konstruisana u fabrici “Teleoptik” u Zemunu na osnovu istraživačkog rada profesora našeg ETF-a (Akademik Rajko Tomović i Prof. Miodraga Rakić).

BEOGRADSKA ŠAKA, 1963. godina.

Prva adaptivna multifunkcionalnaproteza sa mioelektričnimupravljanjem i senzornom povratnom spregom nastala po “receptima” NorbetaVinera, jednog od začetnika modernog računarstva i autora knjige “Kibernetika i društvo”.

1984, UTAH-MIT

Veštački vid za upravljanje prehenzijom pri hvatanju

9

UTAH-MIT RUKA

1984. Utah University, U.S.A.

Generator upravlja pokretima prsta (1 do 50 Hz)

Robot za procesiranje jaja upravljan semi-automatski

The Touch Bionics i-LIMB HandMioelektrična kontrola

10

The Kuiken Arm

http://www.wired.com/science/discoveries/news/2007/08/bionic_arm

Internacionalni tim pod rukovodstvom Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL, Stuart Harshbarger, P.I.) u Merilendu je razvio prototip prve integrisane proteze ruke kojom korisnik upravlja voljno. Signali koje stvar korisnik se snimaju na mišićima koji su reinerviraninervima koji u zdravom telu prenose informacije do mišića koji upravljaju šakom.

11

REDUKCIJA SPASTICITETA

RESTORACIJA VIZIJE

RESTORACIJA SLUHA (COCHLEAR IMPLANT)

PACEMAKER (SRCE)

RESTITUCIJA SENZORNIH FUNKCIJA

RESTITUCIJA STAJANJA I HODANJA

RESTITUCIJA MANIPULACIJE I HVATANJA

RESTITUCIJA DISANJA

KONTROLA EPILEPSIJE

REDUKCIJA HRKANJA I SLEEP APNEA

REGENERACIJA NERAVA

KONTROLA BEŠIKE

RESTITUCIJA URINARNIH FUNKCIJA

ELEKTRO-EJAKULACIJA

WOUND HEALING

SUPRESIJA BOLA

VEŽBANJE MIŠIĆA

LEČENJE RANA NA KOŽI

KOREKCIJA SKOLIOZE I KIFOZE

KONTROLA JEZIKA POSLE REKONSTRUKTIVNE HIRURGIJE

KONTROLA TREMORA

NEURALNE PROTEZE

12

Napajanje

Oscilator

Izlaznistepen

Provodnici

Elektrode

PACEMAKER Davač ritma srcu

Restoracija funkcija mokraćnog mehura:kontrola pražnjenja/inkontinencije

FineTech-Brindley stimulator (VOCARE)

13

Neuralne proteze za hvatanjeNeuralne proteze za hvatanje

Actigrip®, Neurodan, DKPopović et al., 2001-2004

Sistem uključuje spoljnu jedinicu sa 1 AA baterijom, antenu koja se postavlja na kožu “iznad” implantiranog stimulatora, i prekidač ugrađen u uložak cipele koji bežično šalje signal za uključenje.

Jednokanalni implantibilni stimulator za korekciju padajućeg stopala. Ljubljana 1984.

14

Xerogram (iz Hart et al., 1998, © IEEE)

IMPLANTIBILNA NEURALNA PROTEZA ZA HVATANJEFREEHAND®, Neurocontrol, Cleveland, OH, U.S.A.

Selektivna stimulacija primenom multi-kontaktne elektrode

15

Merenje električne aktivnosti sa nerva koristeći “cuff” elektrodu i implantirani (ugrađen u telo) pretvarač koji “šalje” informaciju o aktivnosti nerva.

Aalborg Univerzitet, SMI, Danska, 2000

Freehand system® proširen cuff elektrodom na digitalnom nervu. Signal sa ove elektrode je korelisan sa klizanjem objekta u odnosu na kažiprst, pa se koristi za kontrolu intentiteta stimulacije.Od: Morten Haugland, SMI, Aalborg Univerzitet i Neurodan A/S, Aalborg, DK

16

KOHLEARNA PROTEZA

Restoracija zvuka u osoba kod kojih je očuvan auditorninerv.

Biološki mehanizam

17

Kohlearnaproteza

NEURALNE PROTEZE ZA VID

18

Iz W.H. Dobelle “Artificial Vision for the Blind by Connecting a Television Camera to the Visual Cortex”. (2000) American Society of Artificial Internal Organs. Lippincott Williams & Wilkins, Baltimore, MD.

Osoba koja ne vidi sa kamerom u desnoj polovini rama naočara i laserskim pokazivačem na levoj polovini rama naočara.

Mapa fosfina u vidnom polju. Polje elektroda na desnoj polovini ocipitalne regije korteksa stvara sliku od 20 x 8 cm u levoj polovini divnog polja na rastojanju od dužine ruke. Fosfini stvoreni elektrodama #22 and #58 se pojavljuju levo od vertikalnog meridijana, a najviši fosfini su proizvod elektrode #1.

Raspored elektroda gledajući kroz elektrodu. Strelica povezuje elektrodu 19 na skici i na implantu (xerogram)

19

RETINALNE PROTEZE

Izmerena aktivnost kortikalnih ćelija primenom iglenih elektroda

20

73 ćelije snimljene sa 5 Michigan elektroda

21

Kortikalni signali upravljaju robotom. Od Andrew Schwartz

BMI upravljanje veštačkom rukom (robotom) Od: Miguel Nikolelis

22

Korelacija stvarne aktivnosti i položaja u prostoru predviđenog na osnovu kortikalnih signala (električne aktivnosti kore velikog mozga).

MODELIRANJE I SIMULACIJA

23

Modeliranje hodanja koristeći merene veličine i procenjene parametre sa biološkog objekta

24

Primena prikazanog modela i snimanje električnih signala u realnom vremenu (Popović et al., 1993, IEEE Trans Biomed Eng)

Osnovni fiziološki sistemi

25

Osnovni fiziološki sistemi

Osnovni fiziološki sistemi

26

Osnovni fiziološki sistemi

Osnovni fiziološki sistemi

27

Osnovni fiziološki sistemi