«Разработка инновационной междисциплинарной учебной программы по интеллектуальным имплантам для бакалавров и магистров в области биоинженерии/ BIOART»

1. «INNOVATIVE MULTIDISCIPLINARY CURRICULUM
IN ARTIFICIAL IMPLANTS FOR BIO-ENGINEERING
BSC/MSC DEGREES» [BIOART]
586114-EPP-1-2017-1-ES-EPPKA2-CBHE-JP
ІННОВАЦІЙНА МУЛЬТИДИСЦИПЛІНАРНА НАВЧАЛЬНА
ПРОГРАМА ДЛЯ ПІДГОТОВКИ БАКАЛАВРІВ ТА
МАГІСТРІВ ЗІ ШТУЧНИХ ІМПЛАНТАТІВ ДЛЯ
БІОІНЖЕНЕРІЇ
Тарасов О.Ф., Сагайда П.І., Васильєва Л.В., Суботін
О.В., Донбаська державна машинобудівна академія

2. Тривалість проекту ERASMUS+
586114-EPP-1-2017-1-ES-EPPKA2-CBHE-JP: 15 листопада 2017 – 14 листопада 2020
Отримувач гранту:
•Політехнічний університет Мадрида, Координатор: Проф. Дейвід Луенго
Партнерство:
•Університет Політехніки Мадрида (Іспанія)
•Інженерний технікум Самі Шамона (Ізраїль)
•Запорізький національний технічний університет (Україна)
•Краківський технологічний університет (Польща)
•Університет постійної освіти – Дунайський університет Кремс (Австрія)
•Томас Мор Мехелен – Антверпен (Бельгія)
•Університет Бар Ілан (Ізраїль)
•Холонський технологічний інститут (Ізраїль)
•Міжвузівський обчислювальний центр (Ізраїль)
•Державна установа «Інститут патології хребта та суглобів імені М.І.Ситенка НАМНУ» (Україна)
•Донбаська державна машинобудівна академія (Україна)
•Вінницький національний технічний університет (Україна)
•Державний вищий навчальний заклад «Приазовський державний технічний університет» (Україна)
2

3. МЕТА ТА ЗАВДАННЯ ПРОЕКТУ:
• – Підготовка висококваліфікованих випускників з інтелектуальних штучних імплантатів
• – Покращення рівня інтернаціоналізації та міжрегіонального співробітництва
• – Розвиток інновацій у трикутнику знань у галузі проектування, виготовлення та
обслуговування штучних імплантатів
Завдання проекту:
• – Розробити навчальний план бакалаврів/магістрів в галузі штучних імплантатів для
біотехнології
• – Створити мережу контактів для співробітництва в області біоінженерії штучних
імплантатів на міжрегіональному рівні
• – Сформувати компетенції та навички, необхідні для ринку праці в біоінженерії штучних
імплантатів 3

4. НАПРЯМИ ДІЯЛЬНОСТІ ЗА ПРОЕКТОМ:
• Порівняльний аналіз, оцінка та розробка плану
• Розробка навчального плану. Основний ступінь бакалавра /
магістра в галузі штучних імплантатів
• Управління якістю та забезпечення якості
• Створення співпраці між університетами та підприємствами
4

5. Біомедичні матеріали
Development of Embedded System Courses with implementation of Innovative
Virtual approaches for integration of Research,
Education and Production in UA, GE, AM
Біоматеріали – це матеріали, які можуть замінити пошкоджені ділянки
організму: їх окремі органи і тканини. Біоматеріали можна умовно
розділити на дві групи:
Трансплантати - це органи і тканини, пересаджені від самого пацієнта,
його близьких родичів чи інших донорів (наприклад, нирка, ділянку
кістки, шкіра).
Імплантати - це виріб з біосумісного матеріалу, який вводиться в
організм хірургічним шляхом для заміни будь-якого органу або його
частини і виконує втрачену цим органом функцію.
5

6. ПРИКЛАДИ ВИКОРИСТАННЯ ІМПЛАНТАТІВ
6
PLA = polylactide
PGA= polyglycolide
PTMC=polytrimethylen
ecarbonate
PDO=poly(p-
dioxanone) PUR =
polyurethane
ePTFE = expanded
polytetrafluoroethylene
UHMWPE = ultrahigh
mol. wt. polyethylene
PET=polyethylene
terephthalate
HA = hydroxyapatite
SS = stainless steel
6

7. Організаційна робота. Meetings with industrial partners
• Виконано аналіз наявності діагностичних центрів і лікарень в регіоні,
організовано співпрацю для спільного проведення практики студентів
• Проведена нарада з керівніцтвом Донецького національного медичного
університету (ДНМУ, м.Краматорськ) про співробітництво в процесі
підготовки студентів
• University-Enterprise collaborative group was developed
• Розроблено плани та підписані Договори про співпрацю з ІПХС МАН
України ім. Ситенка (м.Харків), ДонФТІ НАН України (м.Київ), і ПАТ
Мотор Січ в області створення сучасних ендопротезів. Робота
виконується за планом 7

8. Город Название ЛДЦ Адрес Контакты Сайт
Краматорск Новая диагностика ул. Вознесенского, 17 +380 (50) 348-18-73
Часы работы:
пн-пт 7:00–15:30; сб 8:00–11:00
Сайт:
http://newdiagnostics.dn.ua
Краматорск Новая диагностика ул. Социалистическая, 31 Телефон:
+380 (50) 348-07-63
Часы работы:
пн-пт 7:00–15:30
Сайт:
http://newdiagnostics.dn.ua
Краматорск Новая диагностика ул. Олекса Тихого, 31 +380 (50) 348-18-56
Часы работы:
пн-пт 8:00–15:00
Сайт:
http://newdiagnostics.dn.ua
Краматорск Центр магнитно-
резонансной томографии
ул. Олекса Тихого, 31а +380 (626) 41-77-36
Часы работы:
пн-пт 8:00–18:00; сб 8:00–14:00 8
Діагностичні центри і лікарні в регіоні

9. Славянск Лечебно-
диагностический центр
ул. Короленко, 5 050-998-70-46, 0626-66-40-98,
099-500-88-42
e-mail:
buhldc@gmail.com
Славянск Клиника репродуктивной
медицины доктора
Айзятуловой
вулиця Центральна, 4 066 240 2222
Константиновка Центр «РДЦ» ул. А.Невского, 14 (06272) 25504, (050) 801-41-55
(06272) 25517
http://rdc.org.ua
Константиновка Лечебно-
диагностический центр
пр-кт Ломоносова, 161а тел. (06272) 2-26-71, 050-265-43-82,
067-159-19-32
Дружковка Медицинский центр
«Армикс»
Котляревского, 151 +380(66)664-88-00,
+380(62)674-64-64
Бахмут Медицинский центр
ООО «Локат»
улица Леваневского, 16 +380 (627) 49-31-82
+380 (99) 119-67-07
9
Діагностичні центри і лікарні в регіоні

10. Організація практики в медичних установах і Діагностичних
центрах
План практики Узгодження плану спільного проведення практики
10

11. 11
• Організована спільна робота з ЗНТУ, ВНТУ, ПДТУ і ДНМУ,
медичними організаціями та Діагностичними Центрами
Краматорська
• Проведено анкетування викладачів і медичних працівників про
важливість компетенцій для студентів
• Розроблено список дисциплін підготовки студентів медичної
спеціалізації
Розробка навчальних планів бакалаврів і магістрів
11

12. 12
• Розроблено навчальні плани бакалаврів і магістрів, вибрано
необхідне обладнання (Доповідь зроблена в м.Краків, Польща)
• Розпочато викладання окремих дисциплін студентам спеціальностей
КІТ і АПП в рамках проекту "BIOART"
• Проведена практика студентів в діагностичних Центрах
Краматорська
• Проведена практика студентів 1-го курсу з мови програмування С #
українською та англійською
мовами
Розробка навчальних планів бакалаврів і магістрів
12

13. New disciplines of Bachelor’s degree Curriculum
Discipline Title
Credits
BioArt
Module Module title
Medical and biological
systems 1,5 М 1.1, М1.2,
М1.3, М3.2
Biomedical Instrumentation; Biomedical measurement and
stimulation. Bio-sensors, stimulation, implants. Medical and
regulatory equipment. Diagnostic and therapeutical
appliances. Nanomedicine
Mathematical processing of
medical and biological data
1,5 М2.8, М2.9, М4.3
Monte Carlo methods; Statistical signal processing;
Biomaterials
Mathematical modeling
and mathematical statistics
in biomedical systems
2,0 М2.8, М2.9, М4.3
Monte Carlo methods; Statistical signal processing;
Biomaterials
Anatomy and physiology of
human 1,5 М3.4, М4.1, М4.2
Regenerative engineering; Regenerative medicine;
Orthopedics
Medical terminology and
Latin language 1,5 М3.4, М4.1, М4.2
Regenerative engineering; Regenerative medicine;
Orthopedics
13

14. New disciplines of Bachelor’s degree Curriculum
Discipline Title
Credits
BioArt
Module Module title
Units and elements of
medical equipment
1,5
М1.1, М1.2,
М1.3, М3.1
Biomedical Instrumentation; Biomedical measurement and
stimulation. Bio-sensors, stimulation, implants. Medical and
regulatory equipment. Diagnostic and therapeutical appliances.
Bioinstrumentation
Biotechnical systems and
technologies 2,0
М2.1, М3.6,
М4.4, М3.2
Radiofrequency (RF) circuits and systems; Intelligent devices;
Smart sensors and sensor networks; Nanomedicine
Biomechanics
2,0
М1.9, М3.3,
М4.3
Mechanical: Advanced MCAD/MCAM; Biomaterials
Electrical engineering and
electronics 2,5 М1.7
Hardware: Advanced PCB design with low-power, small
footprint, reliable components
14

15. New disciplines of Master’s degree Curriculum
Discipline Title
Credits
BioArt
Module Module title
Methodology and organization
of scientific research
1,0 М2.10, М3.6 Data mining. Intelligent devices.
System Analysis of the Subject
Area
1,0 М3.4, М4.1 Regenerative engineering; Regenerative
medicine
Principles of computational
intelligence
1,5 М2.7, М2.10 Machine learning and artificial intelligence; Data
mining
Calculations and computer-aided
design of optimal structures
1,0 М2.6 advanced Computer simulation of linear and non-linear
systems
Data analysis methods and their
organization
1,0 М2.4, М3.5 Biomedical digital signal processing (DSP);
Telemedicine
Development of specialized
Web-based applications
1,5 М2.6, М2.3,
М2.4 advanced
Computer simulation of linear and non-linear
systems; Wireless sensor networks; Biomedical
digital signal processing (DSP)
Mng anodelid regenerative
engineering
1,5 M3.4, M4.1 Regenerative engineering; Regenerative
medicine
15

16. Meetings with industrial partners
• Організована спільна робота з ІПХС МАН України ім. Ситенка, ЗНТУ та
ПАТ Мотор Січ в області створення сучасних ендопротезів
• Підписано Договір про співпрацю
16

17. Develop collaboration plan
Розроблено план співпраці з підприємствами
17

18. Співпраця з розробки компетенцій з ІПХС МАН України
ім. Ситенка
Виконано узгодження
компетенцій підготовки
студентів за
спеціалізацією
Комп'ютерні науки в
медицині спільно з
ІПХС МАН України ім.
Ситенка
18

19. Meetings with industrial partners
• Організована спільна робота з ДонФТІ НАН України, ЗНТУ та ПАТ
Мотор Січ в області обробки титанових сплавів для ендопротезів
• Підписано окремий (другий) Договір про співпрацю
1
9

20. Meetings with industrial partners
• Проведено робочу зустріч в ДонФТІ НАН України (м.Київ) за участю
представників: Інститут металофізики ім. Курдюмова НАН України, Інститут
проблем матеріалознавства ім. Францевича НАН України, ЗНТУ та ПАТ
Мотор Січ
• Проведено ознайомлення з лабораторіями інститутів
Зразки з керамічних матеріалів для імплантатів
20

21. Design and modeling of
implants in CAD and CAE
Discipline «Biomechanics», «Biotechnical systems
and technologies»
Hydraulic universal
testing machine for
stretching,
compression, bending
Hardness
measuring
instrument
21

22. Discipline «Units and elements of medical equipment»
Turning and milling
machine
3D printer
САM - system for
working with
CNC
22

23. Disciplines «Biotechnical systems and technologies»,
«Modeling and regenerative engineering»
Hand prostheses
based on biometric
sensors
Game manipulator
OCZ NIA - allows to
convert brain
impulses into
control commands
23

24. Discipline «Biotechnical systems and technologies»
Systems of authorized access on the
basis of biometric sensors:
- biometric access control system;
- time tracking system;
- fingerprints of the lock (safe);
- Android fingerprinting;
- pos-terminal
TTL fingerprint reader
for Arduino-based
projects
CAMA fingerprint sensor
24

25. Disciplines «Anatomy and physiology of human»
and «Medical terminology and Latin language»
http://store.steampowered.com/app/583620/3D_Organon_Anatomy/
Virtual reality (VR)
helmet for PC
Video atlas of human organs for viewing models in 3D
representation
25
25

26. 26
Soldering Station LUKEY 702 Digital Oscilloscope UNI-T
UTDM12202CE (UTD2202CE)
Pulse Sensor MAX30100 Pulse oximeter MD300I Biomed
Single-channel
electrocardiograph BE
100 Biomed
PulseSensor
Medical and special equipment

27. Disciplines «Mathematical modeling and mathematical statistics in
biomedical systems», «Principles of computational intelligence»,
«Mathematical processing of medical biological data»
Software
development
tools
MathCAD, MatLab and SciLab
systems for mathematical
modeling, numerical integration,
visualization, optimization, and
verification of mechanical and
multifunctional phenomena
27

28. Competences in disciplines of Bachelor’s degree
Curriculum
Discipline
Title
Competencies
Medical and
biological
systems
To know the definitions of the terms of equipment of biomedical systems, trends and problems in their design, own software
for the automated development of biomedical equipment. To master and apply methods of mathematical modeling of
biomedical equipment, to create mathematical models that describe the work of biomedical equipment and software for
modeling. To perform fault diagnosis, master the methods of monitoring and testing of biomedical equipment.
To be competent in creating software for calculating the reliability of biomedical equipment. To know the methods, categories
and types of standardization of biomedical equipment, be able to use the standards for biomedical equipment and formulate
requirements for it. To understand the basic concepts in the field of nano-and microelectromechanical systems of the
possibility of their application in medicine, to master their structure and device, as well as the principles of computer-aided
design and use. To perform development of medical systems by using measurements of various parameters of human
subsystems.
Mathematical
processing of
medical and
biological data
Ability to solve standard tasks of professional activity on the basis of information and bibliographic culture with the use of
information and communication technologies and taking into account the basic requirements of information security, ethical
and legal aspects of the use of medical information.
28

29. Competences in disciplines of Master’s degree
Curriculum
Discipline Title Competencies
Principles of
computational
intelligence
To know the definition of the terms of equipment of biomedical systems, trends and problems in
their design, own software for the automated development of biomedical equipment. To be
competent in creating a software for calculating the reliability of biomedical equipment.
To know the methods, categories and types of standardization of biomedical equipment, be able to
use the standards for biomedical equipment and formulate requirements for it.
Data analysis
methods and
their
organization
To understand fundamental concepts of processing digital signals and to master the use of digital
filters for converting signals.
To possess skills of testing, data collection and processing of digital signals of biomedical purposes,
to apply various methods of transformation and analysis of signals in computerized medical
systems.
To master the methods of simulation and statistical processing of signals
29

30. Онтологічне моделювання компетентностей
студентів ІТ-спеціальностей в області біоінженерії
Категоріально-онтологічна модель предметної області «Зміст освіти,
представлення знань і процесу навчання»
30
Завдання
діяльності
Вимоги
стандарту
освіти
Компетенція
PО
Вид економічної
діяльності
Образ студента
в системі освіти
Можливості
студента
Результат
навчання
PО
Кваліфікаційний
рівень
Міра засвоєння
знань
Вимоги до
області знань
Засвоєний
обсяг знань
PО
Загальний
обсяг знань
Міра оволодіння
навичкою
Вимоги до
оволодіння
навичкою
Результат
оволодіння навичкою
PО
Загальний
обсяг навички
PО
+
+
Навчальний процес
Стандартизація
Засвоєння знань
Оволодіння навичками

31. Онтологічне моделювання компетентностей
студентів ІТ-спеціальностей в області біоінженерії
Візуалізація онтологічної моделі предметної області «Підготовка магістра за
фахом ІТ в медицині», що описана на мові OWL/RDF
31

32. Онтологічне моделювання компетентностей
студентів ІТ-спеціальностей в області біоінженерії
Запити до онтологічної моделі предметної області «Підготовка магістра за
фахом ІТ в медицині», що описана на мові OWL/RDF
32
N
Запит звичайною мовою Запит мовою SQWRL
1Яких компетенцій потребують студенти
для розробки зазначеної біоінженерної
продукції, з урахуванням відповідних
вмінь, які вимагають таких
компетенцій?
Product(?p) ^ Element_Of_Product(?e) ^ Skill(?s) ^
Competence(?c) ^
includes(?p,?e) ^ for_development_demands(?e,?s) ^
supports(?s,?c) -> sqwrl:select(?s,?c) ^
sqwrl:columnNames("Skills", "Competencies")
2Яких компетенцій потребують студенти
для розробки зазначеної біоінженерної
продукції, з урахуванням відповідних
знань, які підтримують такі
компетенції?
Product(?p) ^ Element_Of_Product(?e) ^ Knowledge(?k)
^ Competence(?c) ^
includes(?p,?e) ^ for_development_requires(?e,?k) ^
provides(?s,?c) -> sqwrl:select(?k,?c) ^
sqwrl:columnNames("Knowledge", "Competencies")
3Яких компетенцій потребують студенти
для розробки зазначеної біоінженерної
продукції, та які дисципліни
забезпечують отримання таких
компетенцій?
Product(?p) ^ Element_Of_Product(?e) ^ Knowledge(?k) ^
Skill(?s) ^ Competence(?c) ^ includes(?p,?e) ^
for_development_requires(?e,?k) ^ provides(?k,?c) ^
supports(?s,?c) ^ Content_Modulus(?cm1) ^ sustains(?cm1,?s) ^
Discipline(?d1) ^ composes_part_of(?cm1,?d1) ^
Content_Modulus(?cm2) ^ maintains(?cm2,?k) ^ Discipline(?d2) ^
composes_part_of(?cm2,?d2) ). sqwrl:makeSet(?set,?p) .
32

33. Мотивація застосування онтологічних моделей та
semantic-enabled технологій в IT-проектах
A Semantic-enabled Platform For Supporting Healthy Lifestyles
33

34. Мотивація застосування онтологічних моделей та
semantic-enabled технологій в IT-проектах
Overview of the PerKApp ontology
34

35. Мотивація застосування онтологічних моделей та
semantic-enabled технологій в IT-проектах
An RDF/S model for describing metadata and annotation information
for
a collection of tweets
35

36. Мотивація застосування онтологічних моделей та
semantic-enabled технологій в IT-проектах
36
Instantiation example of the RDF/S model
SPARQL query for retrieving the top-50 hashtags co-occurring with the entity Refugee in tweets
of 2016

37. Мотивація застосування онтологічних моделей та
semantic-enabled технологій в IT-проектах
37
Anzo is a modern data discovery and integration platform that lets
anyone find, connect and blend any enterprise data into analytics-
ready datasets