לימודי הנדסה רפואית

הנדסה רפואית משלבת יסודות הנדסיים ומדעיים במטרה למצוא פתרונות טכנולוגיים לצרכים רפואיים: אבחון וטיפול במחלות, שיקום ושיפור איכות חיים של מטופלים; מערכות לאבחון וטיפול מרחוק; עיבוד מידע רפואי; פיתוח שתלים; שיטות ריפוי חדשניות; מחקר רפואי מתקדם ועוד.

לימודי תואר ראשון בהנדסה רפואית באפקה מקנים למהנדסות ומהנדסים לעתיד ידע אקדמי וכישורים לפיתוח קריירה בתחום.


בוגרות ובוגרי אפקה מסיימים עם הבנה מקיפה, הכוללת באופן ייחודי גם התייחסות להיבטים רגולטוריים, ופרספקטיבה רב-תחומית. בנוסף לכך, במהלך הלימודים מקיימים הסטודנטיות והסטודנטים קשר עם התעשייה הכולל ביקורים לימודיים במוסדות רפואיים וחברות רלוונטיות.

בלעדי באפקה - סטודנטיות וסטודנטים הלומדים לתואר ראשון בהנדסה רפואית נהנים מיתרון ייחודי: בכל אחת מן ההתמחויות ניתן להשתתף בקורסי בחירה במסגרת החטיבה הקלינית. השלמת הקורסים מעניקה לבוגרות ובוגרי התואר תעודה קלינית GCP, תחום חדשני וייחודי העונה על צרכי התעשייה משלב היזמות ועד הכנסת המוצר לשוק.

קרא עוד

ייחודיות תואר ראשון בהנדסה רפואית

היתרונות העיקריים בתואר ראשון בהנדסה רפואית במכללה האקדמית אפקה:

  • תעודה קלינית נוספת וייחודית לאפקה בסיום התואר. בזכות קורסים הנלמדים בשתי ההתמחויות אשר עוסקים בעולמות ההנדסה הקלינית ומקנים כלים לניהול מערכות טכנו־רפואיות, לתכנון ובקרה של ניסויים קליניים, ידע בניהול לוגיסטי של פיתוח מוצר חדש ועוד, מקבלים הסטודנטים עם סיום התואר תעודה נוספת.
  • סגל מרצים שהם מומחים בעלי שם מהתעשייה והאקדמיה;
  • למידה בקבוצות קטנות וקבלת ליווי אישי של חברי הסגל;
  • צבירת ניסיון מעשי נרחב – קורסים יישומיים במעבדות, סיורים ושיתופי פעולה עם מכונים, מרכזים רפואיים ותעשיית ההנדסה הרפואית ובפעילויות העשרה נוספות;
  • בחירה בין שתי התמחויות הנוגעות בהיבטים הפרקטיים של התחום: הנדסת מערכות מידע רפואיות ומכניקה של מערכות פיזיולוגיות;
  • פרויקט גמר המעניק התנסות אמיתית במחקר, בתכנון ובפיתוח מערכת, בבניית אב-טיפוס, בבניית מודלים הנדרשים ממהנדסים רפואיים בתעשייה ועוד;
  • קשר אישי עם בוגרות ובוגרים ועם אנשי ונשות תעשייה מהתחום. בזכות שילוב זה, לימודי התואר הראשון בהנדסה רפואית מקנים למהנדסים ולמהנדסות יכולת להשתלב בקלות בתעשייה ולהתקדם בה במהירות
  • "סקילבוס" – תוכנית לימודים המשלבת הקניית כישורים חיוניים לשוק העבודה, כגון עבודה בצוות רב-תחומי, למידה עצמית ויכולת תקשורת אפקטיבית;
גוף האדם בהנדסה רפואית

תקצירי הקורסים בתואר ראשון בהנדסה רפואית

המספרים הממשיים. פונקציות. סדרות. גבול של סדרה. גבולות ורציפות. משפט ערכי הביניים ומשפט Weierstrass . הנגזרת וחשבון נגזרות. משפט Fermat, משפט Rolle, משפט Lagrange, כלל l'Hopital. שימושים: עליה וירידה, קודות קיצון, קמירות, קעירות ונקודת פיתול. נוסחת Taylor עם שארית Lagrange. חקירת פונקציות. אינטגרל לא מסוים ואינטגרל מסוים ׁׁ(אינטגרל Riemann). המשפט היסודי של החשבון האינטגרלי ונוסחת Newton-Leibniz. שיטות אינטגרציה. אינטגרל לא אמיתי, קריטריוני השוואה.
מושגים בסיסיים בהסתברות: מרחב מדגם ומשפטים בסיסיים, חישובים קומבינטוריים, הסתברויות מותנות ואי תלות, משתנים מקריים בדידים ורציפים, תוחלת ושונות של משתנה מקרי, משתנים בעלי התפלגויות מיוחדות, משתנים רב ממדיים ומשפט הגבול המרכזי. מושגים בסיסיים בסטטיסטיקה: בעיות עמידה ובדיקת השערות במודלים הסתברותיים בדידים ורציפים.
בקורס ילמדו הנושאים הבאים: קלט ופלט, ביטויים אריתמטיים ולוגיים משפטי תנאי, לולאות, פונקציות, רשימות, מילונים, מיונים וחיפושים ורקורסיות. הנושאים ילמדו תוך יישומם בשפת פייתון שתלמד במהלך הקורס.
התא הוא יחידה מורכבת ודינמית המהווה את הבסיס לחיים של יצורים חד ורב-תאים. נושאי הקורס כוללים: מולקולות אורגניות (מבט כללי בלבד), מבנה קרומים ביולוגיים ואברוני התא, שלד התא, צמתים בין תאיים והחומר החוץ תאי ( ECM). תהליכים שילמדו כוללים: הומיאוסטאזיס, סינתזה ופירוק חומרים בתא , הובלה דרך ממברנות והובלה בין מדורי התא, נשימה תאית, רצפטורים ותקשורת בין תאים. תאי מערכת החיסון ישמשו כמודל לתקשורת ושיתוף פעולה בין תאי. נושאים נוספים שינתן להם דגש הם גנטיקה מולקולארית, מחזור התא, מיטוזה, מיוזה והפריה, תאי גזע והתמיינות, הזדקנות ומוות תאים, התא הסרטני.
רפואה לא פולשנית. אבחון, ניטור וטיפול רפואי. אולטראסאונד: הדמיה, מדידת זרימה וטיפול, שימושים בקרדיולוגיה וגינקולוגיה, גלי הלם. רנטגן וCT: שימושים בצנטורים, אבחון שברים וגידולים, ממוגרפיה. MRI: אבחון וטיפול בגידולים. fMRI: מעקב אחר פעילות מוחית. רפואה גרעינית: שימושים בקרדיולוגיה ואונקולוגיה (BRACHYTHERAPHY) . מצלמה בגלולה – שידורים מתוך מערכת העיכול . ניטור לא פולשני באמצעות מכשירים המבוססים על עקרונות פיסיקליים שונים. הכרת התחומים וחשיבותם של עיבוד תמונות ועיבוד אותות ביולוגיים. הכרת תחום הנדסת רקמות. מערכות מידע רפואיות, רפואה מרחוק: עיבוד, מיחשוב, איחסון. טכנולוגיות מתקדמות בקרדיולוגיה (סטנטים, לייזרים, לב מלאכותי, וכו'). מכשירים נישאים המבוססים על עיבוד אותות ביומטריים (עין ביונית, אוזן ביונית, קוצב+דפיברילטור,ועוד). עבור כל שיטה ילמדו העקרונות הפיסיקליים, המיכשור ושימושים ברפואה. יינתן מבוא פיזיולוגי להבנת המערכות הרפואיות, כנדרש. "חם מהתנור" – טכנולוגיות רפואיות חדשניות, הנמצאות בשלבי פיתוח וכניסה לשימוש קליני. הסבר כל שיטה ילווה בהדגמות והמחשות מהקליניקה, המחקר והתעשיות הישראליות.
טורים. טורי חזקות. פונקציות של מס' משתנים. גבולות ורציפות. נגזרת חלקית ומכוונת. קירובים ליניאריים. גרדיאנט. כלל השרשרת. נגזרות חלקיות מסדר שני, קירוב ריבועי ופולינום Taylor של פונקציות של מס' משתנים. נקודות קיצון מקומיים/מוחלטים. כופלי Lagrange. אינטגרלים מרובים. משפט Fubini. החלפת משתנים ויעקוביאן (Jacobi). אינטגרלים קווים ומשטחיים. אי-תלות אינטגרל קווי במסילה ומשפט Green. משפט Gauss-Ostrogradski ומשפט Stokes.
הקורס בנוי מ-3 חלקים: כימיה כללית, כימיה אורגנית וביוכימיה: כימיה: אטום, יסוד ואיזוטופים. הטבלה המחזורית. יון, קטיון ואניון. תרכובת ומולקולה. תערובות הומוגניות והטרוגניות. תכונות פיזיקליות וכימיות. השיטה המטרית. המרת יחידות. טמפרטורה וסקלת Kelvin. מול-mole. מסה מולרית. נוסחה כימית – אמפירית ומולקולרית. משוואה כימית. עקרון שימור המסה ואיזון משוואה כימית. תמיסה, חומרים מסיסים וריכוז. חוקי הגזים: חוק בויל, חוק שארל, עקרון אבוגדרו, משוואת הגזים האידיאליים. נפח מולרי. הסטויכיומטריה של גזים בתגובה כימית. צפיפות של גז. איפוזיה. התורה הקינטית של הגזים. מבנה האטום. ספטרוסקופית אור. הדואליות של האור. האפקט הפוטואלקטרי, רמות אנרגיה ומשוואת רידברג. היערכות אלקטרונית של אטומים מרובי אלקטרונים. היערכות אלקטרונית של אניונים וקטיונים. רדיוס אטומי, רדיוס יוני, אנרגיית יינון וזיקה אלקטרונית. היתכנות קשר כימי. קשר יוני, קשר קוולנטי, קשר מתכתי. סדר הקשר. חומצות ובסיסים. חישוב pH. כימיה אורגנית: פחמימנים. תגובות התמרה ואלימינציה. נומנקלטורה. קבוצות פונקציונליות. איזומרים. פולימרים, אלסטומרים וחומרים מרוכבים. ביוכימיה: חלבונים, סוכרים, ליפידים וחומצות גרעין - מבנה, סוגים ופעילויות ביולוגיות, תהליכי יצירה ופירוק. אנזימים - מבנה, פעילות והקשר ביניהם, שמות אנזימים, מעכבי אנזימים, אנזימים אלוסטריים.
הכרת עקרונות שרטוט ההנדסי של גופים מכנים, היטלים, איזומטריה, מישורי עזר, מבט נוסף. הצגת פרקי מכונות לפי תקנים שונים. חיתוך גופים הנדסיים . סימנים מוסכמים בשרטוט, רישום מידות, דרישות דיוק. שימוש בחלקים סטנדרטיים. מיומנות מדידה בסיסית עם מד-זחיח (קליבר). בניית חלקים מורכבים. הרכבות, מידות בהרכבות, אופן הצגת הרכבה. הכרת סביבת העבודה של תוכנת SOLIDWORKS בניית מודלים תלת ממדיים כמוצקים SOLIDPART הרכבות: קריאת שרטוטי הרכבה, הרכבות BOTTOM –TOP , TOP - BOTTOM הפקת גיליון שרטוט סטנדרטי, EXPLODED VIEW , רשימת חלקים, תיקיית הרכבה.
המספרים הממשיים. פונקציות. סדרות. גבול של סדרה. גבולות ורציפות. משפט ערכי הביניים ומשפט Weierstrass . הנגזרת וחשבון נגזרות. משפט Fermat, משפט Rolle, משפט Lagrange, כלל l'Hopital. שימושים: עליה וירידה, קודות קיצון, קמירות, קעירות ונקודת פיתול. נוסחת Taylor עם שארית Lagrange. חקירת פונקציות. אינטגרל לא מסוים ואינטגרל מסוים ׁׁ(אינטגרל Riemann). המשפט היסודי של החשבון האינטגרלי ונוסחת Newton-Leibniz. שיטות אינטגרציה. אינטגרל לא אמיתי, קריטריוני השוואה.
טורים. טורי חזקות. פונקציות של מס' משתנים. גבולות ורציפות. נגזרת חלקית ומכוונת. קירובים ליניאריים. גרדיאנט. כלל השרשרת. נגזרות חלקיות מסדר שני, קירוב ריבועי ופולינום Taylor של פונקציות של מס' משתנים. נקודות קיצון מקומיים/מוחלטים. כופלי Lagrange. אינטגרלים מרובים. משפט Fubini. החלפת משתנים ויעקוביאן (Jacobi). אינטגרלים קווים ומשטחיים. אי-תלות אינטגרל קווי במסילה ומשפט Green. משפט Gauss-Ostrogradski ומשפט Stokes.
מושגים בסיסיים בהסתברות: מרחב מדגם ומשפטים בסיסיים, חישובים קומבינטוריים, הסתברויות מותנות ואי תלות, משתנים מקריים בדידים ורציפים, תוחלת ושונות של משתנה מקרי, משתנים בעלי התפלגויות מיוחדות, משתנים רב ממדיים ומשפט הגבול המרכזי. מושגים בסיסיים בסטטיסטיקה: בעיות עמידה ובדיקת השערות במודלים הסתברותיים בדידים ורציפים.
בקורס ילמדו הנושאים הבאים: קלט ופלט, ביטויים אריתמטיים ולוגיים משפטי תנאי, לולאות, פונקציות, רשימות, מילונים, מיונים וחיפושים ורקורסיות. הנושאים ילמדו תוך יישומם בשפת פייתון שתלמד במהלך הקורס.
הקורס בנוי מ-3 חלקים: כימיה כללית, כימיה אורגנית וביוכימיה: כימיה: אטום, יסוד ואיזוטופים. הטבלה המחזורית. יון, קטיון ואניון. תרכובת ומולקולה. תערובות הומוגניות והטרוגניות. תכונות פיזיקליות וכימיות. השיטה המטרית. המרת יחידות. טמפרטורה וסקלת Kelvin. מול-mole. מסה מולרית. נוסחה כימית – אמפירית ומולקולרית. משוואה כימית. עקרון שימור המסה ואיזון משוואה כימית. תמיסה, חומרים מסיסים וריכוז. חוקי הגזים: חוק בויל, חוק שארל, עקרון אבוגדרו, משוואת הגזים האידיאליים. נפח מולרי. הסטויכיומטריה של גזים בתגובה כימית. צפיפות של גז. איפוזיה. התורה הקינטית של הגזים. מבנה האטום. ספטרוסקופית אור. הדואליות של האור. האפקט הפוטואלקטרי, רמות אנרגיה ומשוואת רידברג. היערכות אלקטרונית של אטומים מרובי אלקטרונים. היערכות אלקטרונית של אניונים וקטיונים. רדיוס אטומי, רדיוס יוני, אנרגיית יינון וזיקה אלקטרונית. היתכנות קשר כימי. קשר יוני, קשר קוולנטי, קשר מתכתי. סדר הקשר. חומצות ובסיסים. חישוב pH. כימיה אורגנית: פחמימנים. תגובות התמרה ואלימינציה. נומנקלטורה. קבוצות פונקציונליות. איזומרים. פולימרים, אלסטומרים וחומרים מרוכבים. ביוכימיה: חלבונים, סוכרים, ליפידים וחומצות גרעין - מבנה, סוגים ופעילויות ביולוגיות, תהליכי יצירה ופירוק. אנזימים - מבנה, פעילות והקשר ביניהם, שמות אנזימים, מעכבי אנזימים, אנזימים אלוסטריים.
התא הוא יחידה מורכבת ודינמית המהווה את הבסיס לחיים של יצורים חד ורב-תאים. נושאי הקורס כוללים: מולקולות אורגניות (מבט כללי בלבד), מבנה קרומים ביולוגיים ואברוני התא, שלד התא, צמתים בין תאיים והחומר החוץ תאי ( ECM). תהליכים שילמדו כוללים: הומיאוסטאזיס, סינתזה ופירוק חומרים בתא , הובלה דרך ממברנות והובלה בין מדורי התא, נשימה תאית, רצפטורים ותקשורת בין תאים. תאי מערכת החיסון ישמשו כמודל לתקשורת ושיתוף פעולה בין תאי. נושאים נוספים שינתן להם דגש הם גנטיקה מולקולארית, מחזור התא, מיטוזה, מיוזה והפריה, תאי גזע והתמיינות, הזדקנות ומוות תאים, התא הסרטני.
הכרת עקרונות שרטוט ההנדסי של גופים מכנים, היטלים, איזומטריה, מישורי עזר, מבט נוסף. הצגת פרקי מכונות לפי תקנים שונים. חיתוך גופים הנדסיים . סימנים מוסכמים בשרטוט, רישום מידות, דרישות דיוק. שימוש בחלקים סטנדרטיים. מיומנות מדידה בסיסית עם מד-זחיח (קליבר). בניית חלקים מורכבים. הרכבות, מידות בהרכבות, אופן הצגת הרכבה. הכרת סביבת העבודה של תוכנת SOLIDWORKS בניית מודלים תלת ממדיים כמוצקים SOLIDPART הרכבות: קריאת שרטוטי הרכבה, הרכבות BOTTOM –TOP , TOP - BOTTOM הפקת גיליון שרטוט סטנדרטי, EXPLODED VIEW , רשימת חלקים, תיקיית הרכבה.
רפואה לא פולשנית. אבחון, ניטור וטיפול רפואי. אולטראסאונד: הדמיה, מדידת זרימה וטיפול, שימושים בקרדיולוגיה וגינקולוגיה, גלי הלם. רנטגן וCT: שימושים בצנטורים, אבחון שברים וגידולים, ממוגרפיה. MRI: אבחון וטיפול בגידולים. fMRI: מעקב אחר פעילות מוחית. רפואה גרעינית: שימושים בקרדיולוגיה ואונקולוגיה (BRACHYTHERAPHY) . מצלמה בגלולה – שידורים מתוך מערכת העיכול . ניטור לא פולשני באמצעות מכשירים המבוססים על עקרונות פיסיקליים שונים. הכרת התחומים וחשיבותם של עיבוד תמונות ועיבוד אותות ביולוגיים. הכרת תחום הנדסת רקמות. מערכות מידע רפואיות, רפואה מרחוק: עיבוד, מיחשוב, איחסון. טכנולוגיות מתקדמות בקרדיולוגיה (סטנטים, לייזרים, לב מלאכותי, וכו'). מכשירים נישאים המבוססים על עיבוד אותות ביומטריים (עין ביונית, אוזן ביונית, קוצב+דפיברילטור,ועוד). עבור כל שיטה ילמדו העקרונות הפיסיקליים, המיכשור ושימושים ברפואה. יינתן מבוא פיזיולוגי להבנת המערכות הרפואיות, כנדרש. "חם מהתנור" – טכנולוגיות רפואיות חדשניות, הנמצאות בשלבי פיתוח וכניסה לשימוש קליני. הסבר כל שיטה ילווה בהדגמות והמחשות מהקליניקה, המחקר והתעשיות הישראליות.
כוח חשמלי. מטען חשמלי. חוק קולון. חוק שימור מטען. עקרון הסופרפוזיציה. השדה החשמלי. קווי השדה. צפיפות מטען קווית, משטחית ונפחית. חישוב השדה בעזרת אינטגרציה. שטף וחוק גאוס. העבודה בשדה חשמלי. פוטנציאל חשמלי ומתח. חישוב הפוטנציאל כאינטגרל של השדה החשמלי. השדה החשמלי כגרדיאנט של הפוטנציאל. משטחים שווי פוטנציאל. אנרגיה פוטנציאלית חשמלית. מוליכים, מבודדים ותכונותיהם. קבל. קיבול. אנרגיה של השדה החשמלי. חומרים דיאלקטריים בקבלים. חיבורי קבלים. זרם חשמלי. צפיפות הזרם. התנגדות ומוליכות. תופעת העל-מוליכות. חוק אום. כא"מ. חיבורי נגדים. הספק חשמלי. מעגל RC. מגנטיות. כוח מגנטי על מטען. השדה המגנטי. כוח לורנץ. כוח מגנטי על תיל נושא זרם. חוק ביו-סבר. חישוב שדה מגנטי. תכונות מגנטיות של חומרים. חוק אמפר. חוק גאוס לשדה מגנטי. השראה. כא"מ מושרה. חוק פרדיי. חוק לנץ. השראה עצמית. זרם העתקה. משוואות מקסוול בצורתן האינטגרלית.
טורי פוריה: פיתוח לטור פוריה בקטע סופי, מקדמי פוריה. הצורה המרוכבת של טורי פוריה. התכנסות הטור, פונקצית Dirichlet , התכנסות בנקודת קפיצה. תופעת Gibbs . הזהות של פרסוול. התמרת פוריה, הגדרה, תכונות וטבלת הטרנספורם. שימושי התמרת פוריה בעיבוד אותות ובפתרון משוואות דיפרנציאליות. התמרת Laplace ושימושיה בפתרון משוואות דיפרנציאליות. פתרון המשוואה באמצעות התמרת לפלס במקרים בהם פונקצית האילוץ היא פונקצית מדרגה ופונקצית דלתא.
סדרי עבודה וכללי בטיחות. מדידות ומכשירי מדידה. תורת השגיאות. מערכת מולטילב. עיבוד נתוני ניסויים. ביצוע ניסויים בשלוש גישות שונות, (א) ניסויים במתכונת מודרכת. (ב) ניסויים במתכונת חצי עצמאית. (ג) ניסויים במתכונת עצמאית - ביצוע ניסויים מתוך מאגר רחב של ניסויים במגוון נושאים שונים.
סידור נתונים ודרכים שונות להצגתם, מדדי מרכז ופיזור של מדגם, אמידה נקודתית, רווחי סמך, בדיקת השערות על פרמטרים שונים (מבחן Z ומבחן T), מבחנן חי בריבוע לטיב התאמה ומבחני אי תלות, רגרסיה לינארית חד משתנית ורב משתנית, רגרסיה לוגיסטית (אם יותיר הזמן). מימוש בתוכנה מתאימה לניתוח נתונים.
הולכה חשמלית ומערכת העצבים המרכזית וההיקפית. פעילות השריריים, צימוד עצב-שריר. מערכת הלב וכלי-דם: ההולכה החשמלית בלב, הפעילות המכנית של הלב, המערכת כלי הדם הכליליים, בקרת וויסות פעילות הלב, מחזור הדם: קטרים, לחצים וספיקות בכלי הדם העורקיים והורידיים, ויסות זרימת הדם, זרימה במיקרוצירקולציה הפריפרית. מערכת הנשימה: אוורור ופרפוזיה, ויסות הנשימה, צימוד פעולת לב-ריאה. מערכת הרבייה הנקבית והזכרית: מהזקיק ועד הלידה, השבחת זרע, הפריית מבחנה, שימור תאי גזע עובריים. העין: מבנה ותפקוד, האוזן: מבנה ותפקוד. ויסות חום הגוף. עבור כל מערכת ילמדו המבנה והתפקוד מנקודת מבטו של המהנדס, תוך הדגשת הפעילות המכנית והאותות הפיזיולוגיים הנוצרים בגוף (לדוגמא: אותות מכאניים, חשמליים, אופטיים , אקוסטיים ומגנטיים).
הגדרות, מערכת תרמודינמית ונפח בקרה, תכונותיו של חומר ומצבי צבירה שונים, ממדים ויחידות, שיווי משקל, חוק האפס של התרמודינמיקה, תהליכים תרמודינמיים, משוואת המצב, גזים אידיאליים, עבודה וחום. החוק הראשון של התרמודינמיקה למערכת ולנפח בקרה. מושגי האנרגיה הפנימית, האנטלפיה וחום סגולי, החוק השני של התרמודינמיקה, מושג האנטרופיה, תהליך הפיך, מחזור קרנו, החוק השני למערכת ולנפח בקרה, מחזורים תרמודינמיים בסיסיים.
מבוא, הגדרת מאמץ, הגדרת מעוות, חוק הוק, עומס צירי, מאמצי מתיחה, לחיצה, גזירה ומעיכה. פיתול, כפיפה, כוחות גזירה בקורות, פיתוח משוואת מאמצי הגזירה בחתך הקורה, מיקום מאמץ הגזירה המקסימאלי ועוצמתו, מאמצים משולבים.
מושגי יסוד, הידרוסטאטיקה וקינמטיקה. פיתוח ושימוש במשוואת השימור לנפח בקרה ובמשוואות הדיפרנציאליות השולטות בשדה הזרימה. פיתוח כלים לחישובי הפסדים וגרר בזרימות תמידיות.
משוואות מיתר מאולץ. שיטת D'Alembert למיתר אינסופי, החזרת גלים בקצה קשור ובקצה חופשי. מוצגות היטב. מיון משוואות לינאריות שני. צורות קנוניות. משוואות לפלס. פתרון משוואת מיתר סופי ומאולץ ע"י הפרדת משתנים. הוכחת יחידות הפתרון למשוואת הגלים בשיטת האנרגיה. עקרון המקסימום. מוצגות היטב של בעיית Dirichlet . הפרדת משתנים למשוואת לפלס בתחום מלבני ובעיגול. משוואת החום. עקרון המקסימום למשוואת החום ופתרון בעזרת הפרדת משתנים. פתרון המשוואה הלא הומוגנית. פתרון משוואות חלקיות ע"י התמרות אינטגרליות. תנודות חופשיות בממברנה עגולה ומשוואת בסל.
פונקציות מרוכבות כולל חישוב אינטגרלים קוויים, שימוש שיטות "מרוכבות" לחישוב אינטגרלים ממשיים. שימושים בהתמרות אינטגרליות – של Fourier, Laplace.
סדרי עבודה במעבדת חשמל. כללי בטיחות. מכשירי מדידה בתחום חשמל ומגנטיות. מדידות. חיישני זרם ומתח של מערכת מולטילוג. ביצוע ניסויים בשלוש גישות שונות, (א) ניסויים במתכונת מודרכת. (ב) ניסויים במתכונת חצי עצמאית. (ג) ניסויים במתכונת עצמאית - ביצוע ניסויים מתוך מאגר רחב של ניסויים במגוון נושאים שונים.
מושג הגל, משוואת הגלים במיתר, פתרונות כלליים, עקרון הסופרפוזיציה, גלים נעים כלליים, גלים נעים הרמוניים, גלים עומדים, אופני התנודה במיתר סופי, הצגת גל כלוא במיתר על ידי טורי פורייה, מקדמי מעבר והחזרה , גלי קול בגז, עוצמה בגל, מיתרי הקול, האוזן, גלי קול ברקמות ביולוגיות, אפקט דופלר, התאבכות. משוואות מקסוול בהצגה דיפרנציאלית, גלים אלקטרומגנטיים, גלים מישוריים , צפיפות אנרגיה, וקטור פוינטינג, לחץ קרינה, קיטוב
מעגלים ואלמנטים מקובצים: תיאור הרכיבים הפסיביים, קשרים פיסיקליים בין משתני מתח, זרם ומטען. מאפייני אותות ומקורות מתח וזרם. חוקי שימור: חוקי קירכהוף. טופולגיות חיבור ומעגלים שקולים במעגלים בזרם ישר וזרם חילופין. הספקים. מעבר כוכב-משולש, גשר ויטסטון ונגד משתנה. העברת הספק מרבי. תיקון מקדם הספק. שיטות לניתוח מעגל חשמלי מרובה מקורות בלתי תלויים: זרמי חוגים, מתחי צמתים, שיטת ההרכבה, שקול נורטון ותבנין. תגובת תדר, מעגלי תהודה טוריים ומקביליים. אלמנטים מצומדים, שנאים ומנועים.
נושאי הקורס העיקריים כוללים מבוא לאנליזה וקטורית, שיווי משקל של חלקיקים במישור ובמרחב, מערכת של כוחות ומומנטים, מערכות שקולות, שיווי משקל של גוף קשיח המישור ובמרחב, מערכת של גופים, מרכז כובד של שטחים, כוחות מפולגים, מומנטי אנרציה של השטח, צירים ראשיים ומומנטי שטח ראשיים, כוחות פנימיים ודיאגרמת כוחות ומומנטים.
בקורס נשתמש בפיתון לעבוד נתונים, ביצוע פעולות על מערכים, עיבוד אות ותמונה. בהמשך, נכיר את מטלב ונלמד לבצע פעולות דומות בשפה זו- פעולות אריתמטיות בסיסיות, שימוש במטריצות, פונקציות , גרפיקה עיבוד אות ותמונה כמפורט בטבלה לפי שבועות
מוליכים למחצה, דיודות, דוגמאות מעשיות לשימוש בדיודות, דיודות זנר ומייצבים, ספקים לינאריים. טרנזיסטורים: בי פולרי ותוצא שדה - ניתוח DC ו - AC, מקורות זרם, מעגלי הגברה, מגברי שרת
כוח חשמלי. מטען חשמלי. חוק קולון. חוק שימור מטען. עקרון הסופרפוזיציה. השדה החשמלי. קווי השדה. צפיפות מטען קווית, משטחית ונפחית. חישוב השדה בעזרת אינטגרציה. שטף וחוק גאוס. העבודה בשדה חשמלי. פוטנציאל חשמלי ומתח. חישוב הפוטנציאל כאינטגרל של השדה החשמלי. השדה החשמלי כגרדיאנט של הפוטנציאל. משטחים שווי פוטנציאל. אנרגיה פוטנציאלית חשמלית. מוליכים, מבודדים ותכונותיהם. קבל. קיבול. אנרגיה של השדה החשמלי. חומרים דיאלקטריים בקבלים. חיבורי קבלים. זרם חשמלי. צפיפות הזרם. התנגדות ומוליכות. תופעת העל-מוליכות. חוק אום. כא"מ. חיבורי נגדים. הספק חשמלי. מעגל RC. מגנטיות. כוח מגנטי על מטען. השדה המגנטי. כוח לורנץ. כוח מגנטי על תיל נושא זרם. חוק ביו-סבר. חישוב שדה מגנטי. תכונות מגנטיות של חומרים. חוק אמפר. חוק גאוס לשדה מגנטי. השראה. כא"מ מושרה. חוק פרדיי. חוק לנץ. השראה עצמית. זרם העתקה. משוואות מקסוול בצורתן האינטגרלית.
משוואות מיתר מאולץ. שיטת D'Alembert למיתר אינסופי, החזרת גלים בקצה קשור ובקצה חופשי. מוצגות היטב. מיון משוואות לינאריות שני. צורות קנוניות. משוואות לפלס. פתרון משוואת מיתר סופי ומאולץ ע"י הפרדת משתנים. הוכחת יחידות הפתרון למשוואת הגלים בשיטת האנרגיה. עקרון המקסימום. מוצגות היטב של בעיית Dirichlet . הפרדת משתנים למשוואת לפלס בתחום מלבני ובעיגול. משוואת החום. עקרון המקסימום למשוואת החום ופתרון בעזרת הפרדת משתנים. פתרון המשוואה הלא הומוגנית. פתרון משוואות חלקיות ע"י התמרות אינטגרליות. תנודות חופשיות בממברנה עגולה ומשוואת בסל.
טורי פוריה: פיתוח לטור פוריה בקטע סופי, מקדמי פוריה. הצורה המרוכבת של טורי פוריה. התכנסות הטור, פונקצית Dirichlet , התכנסות בנקודת קפיצה. תופעת Gibbs . הזהות של פרסוול. התמרת פוריה, הגדרה, תכונות וטבלת הטרנספורם. שימושי התמרת פוריה בעיבוד אותות ובפתרון משוואות דיפרנציאליות. התמרת Laplace ושימושיה בפתרון משוואות דיפרנציאליות. פתרון המשוואה באמצעות התמרת לפלס במקרים בהם פונקצית האילוץ היא פונקצית מדרגה ופונקצית דלתא.
פונקציות מרוכבות כולל חישוב אינטגרלים קוויים, שימוש שיטות "מרוכבות" לחישוב אינטגרלים ממשיים. שימושים בהתמרות אינטגרליות – של Fourier, Laplace.
סדרי עבודה וכללי בטיחות. מדידות ומכשירי מדידה. תורת השגיאות. מערכת מולטילב. עיבוד נתוני ניסויים. ביצוע ניסויים בשלוש גישות שונות, (א) ניסויים במתכונת מודרכת. (ב) ניסויים במתכונת חצי עצמאית. (ג) ניסויים במתכונת עצמאית - ביצוע ניסויים מתוך מאגר רחב של ניסויים במגוון נושאים שונים.
סדרי עבודה במעבדת חשמל. כללי בטיחות. מכשירי מדידה בתחום חשמל ומגנטיות. מדידות. חיישני זרם ומתח של מערכת מולטילוג. ביצוע ניסויים בשלוש גישות שונות, (א) ניסויים במתכונת מודרכת. (ב) ניסויים במתכונת חצי עצמאית. (ג) ניסויים במתכונת עצמאית - ביצוע ניסויים מתוך מאגר רחב של ניסויים במגוון נושאים שונים.
מושג הגל, משוואת הגלים במיתר, פתרונות כלליים, עקרון הסופרפוזיציה, גלים נעים כלליים, גלים נעים הרמוניים, גלים עומדים, אופני התנודה במיתר סופי, הצגת גל כלוא במיתר על ידי טורי פורייה, מקדמי מעבר והחזרה , גלי קול בגז, עוצמה בגל, מיתרי הקול, האוזן, גלי קול ברקמות ביולוגיות, אפקט דופלר, התאבכות. משוואות מקסוול בהצגה דיפרנציאלית, גלים אלקטרומגנטיים, גלים מישוריים , צפיפות אנרגיה, וקטור פוינטינג, לחץ קרינה, קיטוב
סידור נתונים ודרכים שונות להצגתם, מדדי מרכז ופיזור של מדגם, אמידה נקודתית, רווחי סמך, בדיקת השערות על פרמטרים שונים (מבחן Z ומבחן T), מבחנן חי בריבוע לטיב התאמה ומבחני אי תלות, רגרסיה לינארית חד משתנית ורב משתנית, רגרסיה לוגיסטית (אם יותיר הזמן). מימוש בתוכנה מתאימה לניתוח נתונים.
מעגלים ואלמנטים מקובצים: תיאור הרכיבים הפסיביים, קשרים פיסיקליים בין משתני מתח, זרם ומטען. מאפייני אותות ומקורות מתח וזרם. חוקי שימור: חוקי קירכהוף. טופולגיות חיבור ומעגלים שקולים במעגלים בזרם ישר וזרם חילופין. הספקים. מעבר כוכב-משולש, גשר ויטסטון ונגד משתנה. העברת הספק מרבי. תיקון מקדם הספק. שיטות לניתוח מעגל חשמלי מרובה מקורות בלתי תלויים: זרמי חוגים, מתחי צמתים, שיטת ההרכבה, שקול נורטון ותבנין. תגובת תדר, מעגלי תהודה טוריים ומקביליים. אלמנטים מצומדים, שנאים ומנועים.
הולכה חשמלית ומערכת העצבים המרכזית וההיקפית. פעילות השריריים, צימוד עצב-שריר. מערכת הלב וכלי-דם: ההולכה החשמלית בלב, הפעילות המכנית של הלב, המערכת כלי הדם הכליליים, בקרת וויסות פעילות הלב, מחזור הדם: קטרים, לחצים וספיקות בכלי הדם העורקיים והורידיים, ויסות זרימת הדם, זרימה במיקרוצירקולציה הפריפרית. מערכת הנשימה: אוורור ופרפוזיה, ויסות הנשימה, צימוד פעולת לב-ריאה. מערכת הרבייה הנקבית והזכרית: מהזקיק ועד הלידה, השבחת זרע, הפריית מבחנה, שימור תאי גזע עובריים. העין: מבנה ותפקוד, האוזן: מבנה ותפקוד. ויסות חום הגוף. עבור כל מערכת ילמדו המבנה והתפקוד מנקודת מבטו של המהנדס, תוך הדגשת הפעילות המכנית והאותות הפיזיולוגיים הנוצרים בגוף (לדוגמא: אותות מכאניים, חשמליים, אופטיים , אקוסטיים ומגנטיים).
נושאי הקורס העיקריים כוללים מבוא לאנליזה וקטורית, שיווי משקל של חלקיקים במישור ובמרחב, מערכת של כוחות ומומנטים, מערכות שקולות, שיווי משקל של גוף קשיח המישור ובמרחב, מערכת של גופים, מרכז כובד של שטחים, כוחות מפולגים, מומנטי אנרציה של השטח, צירים ראשיים ומומנטי שטח ראשיים, כוחות פנימיים ודיאגרמת כוחות ומומנטים.
הגדרות, מערכת תרמודינמית ונפח בקרה, תכונותיו של חומר ומצבי צבירה שונים, ממדים ויחידות, שיווי משקל, חוק האפס של התרמודינמיקה, תהליכים תרמודינמיים, משוואת המצב, גזים אידיאליים, עבודה וחום. החוק הראשון של התרמודינמיקה למערכת ולנפח בקרה. מושגי האנרגיה הפנימית, האנטלפיה וחום סגולי, החוק השני של התרמודינמיקה, מושג האנטרופיה, תהליך הפיך, מחזור קרנו, החוק השני למערכת ולנפח בקרה, מחזורים תרמודינמיים בסיסיים.
בקורס נשתמש בפיתון לעבוד נתונים, ביצוע פעולות על מערכים, עיבוד אות ותמונה. בהמשך, נכיר את מטלב ונלמד לבצע פעולות דומות בשפה זו- פעולות אריתמטיות בסיסיות, שימוש במטריצות, פונקציות , גרפיקה עיבוד אות ותמונה כמפורט בטבלה לפי שבועות
מבוא, הגדרת מאמץ, הגדרת מעוות, חוק הוק, עומס צירי, מאמצי מתיחה, לחיצה, גזירה ומעיכה. פיתול, כפיפה, כוחות גזירה בקורות, פיתוח משוואת מאמצי הגזירה בחתך הקורה, מיקום מאמץ הגזירה המקסימאלי ועוצמתו, מאמצים משולבים.
מוליכים למחצה, דיודות, דוגמאות מעשיות לשימוש בדיודות, דיודות זנר ומייצבים, ספקים לינאריים. טרנזיסטורים: בי פולרי ותוצא שדה - ניתוח DC ו - AC, מקורות זרם, מעגלי הגברה, מגברי שרת
מושגי יסוד, הידרוסטאטיקה וקינמטיקה. פיתוח ושימוש במשוואת השימור לנפח בקרה ובמשוואות הדיפרנציאליות השולטות בשדה הזרימה. פיתוח כלים לחישובי הפסדים וגרר בזרימות תמידיות.
מערכת הראייה האנושית, מאפייני תמונה ספרתית והבסיס לעיבוד תמונה (בינארי, רמות אפור), ניתוח פורייה ועיוותים, דגימה ושיחזור של תמונה, שיפור תמונה בעזרת עיצוב היסטוגרמת רמות האפור, פילטרים שונים לעיבוד ושיפור תמונה, מבוא לתורת האינפורמציה, קידוד ודחיסת מידע בעיבוד תמונות, עקרונות ייצוג ועיבוד של תמונה בצבע, מבוא לעיבוד וידאו, תמונות 3D, יישומים של עיבוד תמונה.
בקורס יוצגו עקרונות ה-DSP ומימושם. בין הנושאים שילמדו: ייצוג אותות בזמן בדיד, תורת הדגימה, התמרת פורייה בזמן בדיד ו –FFT, מסננים דיגיטליים, מסנני IIR ו-FIR.
במהלך הקורס להקניית הידע הבסיסי בנושאי מעבר חום ומסה, יבחנו תהליכי המעבר במערכות ביולוגיות שונות ובשימושים נוספים באבחון ובטיפול בעזרת חוקי שימור ומשוואות מעבר חום ומסה. הנושאים: הקדמה והגדרות, עקרונות מעבר חום- הולכה, הסעה וקרינה, מעבר חום ברקמות ביולוגיות, הולכת חום, חוק פורייה, הסעת חום, מעבר חום בקרינה, מערכות משולבות הולכה והסעה, אנלוגיה חשמלית, בעיות חד-ממדיות במצב עמיד, שימור אנרגיה - משוואת מעבר החום הכללית, תנאי שפה והתחלה. שימור אנרגיה כולל הסעה, משוואת Bioheat transfer ביונקים, מעבר חום במשטחים בולטים, מעבר חום עם Transient condition , מספר Biot . מנגנוני מעבר חומר, הגדרות ריכוזים, קשרי שיווי משקל בין פאזות, ריכוזים בגזים אידיאליים, דיפוזיה, חוק פיק, מעבר חומר בהסעה, אנלוגיות בין מעבר חום ומסה, ממשק נוזל-גז, משוואה שולטת למעבר מסה.
יישום הנלמד בקורסים התיאורטיים באמצעות סדרת ניסויים הממחישים תופעות פיזיולוגיות באמצעות מכשירי מדידה שונים. במסגרת הקורס תשולב מעבדה הכוללת ניסויים המבוססים על ניתוח ואפיון מתמרים בסיסיים כגון, ניטור מדידות ספיקת אוויר, רווית חמצן וטמפרטורת גוף, ניטור פוטנציאלים חשמליים מהלב ECG, המוח EEG ושריר שלדEMG . הסמינר כולל ניתוח האותות הנמדדים לרבות השוואה בין מצבים פיזיולוגים שונים (כגון, מנוחה ומאמץ), יחסי-גומלין של מדדים שונים, אנליזת תדרים של האותות הנמדדים, תכנון ניסוי וכתיבת דו"ח מדעי מפורט: תקציר - תיאור המחקר, רקע, שיטות המחקר, תוצאות, דיון וסיכום. הצגת התוצאות ישולבו כמטלת הצגת המחקר בפוסטר מדעי בקורס "מכניקה פיזיולוגית של מערכת השלד והשרירים".
קורס זה מציג עקרונות בסיסיים בשימוש בסימולציות נומריות להנדסה. הקורס כולל הכרה של השיטות הבסיסיות המקובלות (והפרשים סופיים ואלמנטים סופיים), ופיתוח מיומנויות במידול מייצג של בעיה הנדסית, עיבוד התוצאות ודיווח. הקורס כולל שימוש בתוכנות מסחריות (כגון ANSYS) ומציג שיקולים בבניית מודל חישובי מבחינת הנחות, הערכת שגיאה, רישות, התכנסות ואופטימיזציה של משאבי מחשב. בנוסף תוצגנה שיטות לפתרון בעיות מצומדות (לדוגמה: מבנה –זרימה), מודלים ביורפואיים.
החלק הראשון של הקורס יעסוק בשפת C, ייצוגים בינאריים ומניפולציה שלהם, היכרות בסיסית אך רחבה של סביבת פיתוח התוכנה Labwindows CVI וכתיבת תוכנות מחשב בעלות יכולות מתקדמות עם ממשק משתמש גרפי. החלק השני כולל הכרת הארדואינו, תקשורת עם הארדואינו. החלק השלישי יכלול כתיבה וקריאה של אותו דיגיטליים ואנלוגיים, יישום של שיטות בקרה שונות הן בחוג פתוח והן בחוג סגור (on/off, PID). הקורס כולל לכל אורכו תרגול רציף של הסטודנטים בכתיבה מעשית ויישום מלא ובחינה של הנלמד בקורס. שימו לב! בסיום הקורס הסטודנט יגיש ויציג עבודה מסכמת על מערכת הבקרה. העבודה תכלול תוכנה בעלת ממשק משתמש גרפי, המבקרת את כלל המערכת במספר דרכים ומציגה את תגובת המערכת. העבודה תציג את הבקרות השונות, את יתרונותיהן וחסרונותיהן ואת ההשוואה ביניהן .
הנושאים העיקריים המועברים בקורס כוללים סקירה היסטורית על התפתחות הביומכניקה, מבנה ותפקידי מערכת השלד, סוגי העצמות ותכונותיהם הביומכניות, אלסטיות לינארית, סוגי מפרקים, תכונות ותפקידי שרירי השלד, ויסקואלסטיות לינארית, תיאור המפרקים העיקריים בגוף האדם, שיווי משקל סטטי במפרקים, קינמטיקה של גוף האדם, דינמיקה של גוף האדם, אנליזה של הליכה.
מבוא, אינטראקציה בין קרינה (אלקטרו-מגנטית, אולטרה-סאונד) ורקמה, קרני X (צילום רנטגן ושיקוף, רדיותרפיה, CT), רפואה גרעינית (צילום דו-מימדי, SPECT, PET, טיפול בקרינת גמא ובקרינת ביתא, radioimmunotherapy ,brachytherapy), MRI (הפיסיקה של MRI, סדרות פולסים ופרוטוקולים, מבנה של סורק, שימושי MRI), אולטרה-סאונד (פיסיקה של US, התמונה, יישומים עיקריים בדימות רפואי, שימושי US לטיפול).
תקציר: הקורס יעסוק תחילה במבנה ופעילות מערכת העיכול כולל בקרת מטבוליזים של סוכרים, שומנים וחלבונים ובקרת איזון אנרגטי כללי. לאחר מכן נעסוק בבלוטות ההורמונליות העיקריות, מבנן, פעילותן וויסות פעילותן, מערכת השתן ובעיקר מבנה הכליות ופעילותן, ופיסיולוגיה של מערכת החיסון ( אימונולוגיה). דגש מיוחד יינתן לפעילות ולאינטגרציה בין חלקי הגוף השונים ברמות ארגון שונות ולמנגנוני הבקרה ההומיאוסטטים. בשליש האחרון של הקורס נעסוק בעיקר בפתולוגיה כללית, דהיינו בתהליכים החולניים הבסיסיים של הגוף החי כמו נמק, דלקת, זיהום או יצירת גידול כולל בגורמים, במנגנונים ובשינויים הפתולוגים והקליניים. בנוסף נעסוק במספר מצומצם של מחלות ספציפיות (פתולוגיה ספציפית) הרלוונטיות למערכות בהן עסקנו בחלקו הראשון של הקורס כמו סכרת מסוג 1 , שחמת (צרוזיס) בכבד ועוד עם דגש על הפתוגנזה (מנגנון התפתחותן) שלהן.
בקרה: סווג מערכות: מערכות מכניות, חשמליות, תרמיות, נוזליות ומעורבות בעלות אלמנטים מקובצים וקבועים. בניית מעגלים שקולים לרבות דוגמאות מעולם המכשור הרפואי. ניתוח מערכות רציפות במישור הזמן: תגובה לתנאי התחלה, תגובה להלם, קונבולוציה כתגובה לערור שרירותי. ניתוח יסודי של מערכות מסדר ראשון ושני. התמרת לפלס החד צדדית ושימושיה; פונקצית התמסורת, קטבים ואפסים במישור התדר המרוכב. תיאור מערכת במרחב המצב, הצגת משוואות מצב ופתרונן בתחום הזמן ובתחום התדר. תיאור מערכות בעזרת דיאגרמות מלבנים. תגובת תדר לערור סינוסואידלי, דיאגרמות בודה (חזרה). מערכות בדידות: קבלת משוואות הפרש ופתרונן בתחום הזמן, תגובה לתנאי התחלה ומשפט הקונבולוציה הבדידה. מערכות משוב, יציבות של מערכות משוב: קריטריוני נייקויסט ובודה, אנליזה באמצעות מקום גיאומטרי של שורשים, דיאגרמת ניקולס. אפיון מערכות משוב בתחום הזמן ובתחום התדר, שגיאת מצב מתמיד ושגיאה חולפת. קריטריונים: מקדמי שגיאה, רגישות, שיכוך הפרעות, רוחב סרט. מערכות בקרה פיזיולוגיות, בקרת מערכות הנדסיות הנמצאות באינטראקציה עם מערכות פיסיולוגיות. חיישנים רפואים: מושגי יסוד במכשור רפואי: רקע היסטורי,טרמינולוגיה, מבנה כללי של מערכות מדידה וטיפול ביו-רפואיות, אפיון של מערכות מדידה רפואיות, סיווג של מכשור ביו-רפואי. ניתוח מתמטי ומעגלים אלקטרוניים השקולים למערכות מדידה ביו-מכניות, ביו-זרימה וחום. מדידת של פוטנציאלים ביולוגיים, אלקטרודות ומעגלים אלקטרוניים. מדידת טמפרטורה בעזרת תרמיסטור, צמד תרמי וקרינה באינפרא אדום. מדידת משתנים מכניים כמו העתקה, מהירות, תאוצה, כוח, לחץ וזרימה בעזרת מתמרים התנגדותיים, קיבוליים, השראותיים, פייזוחשמליים ופייזוהתנגדותיים. עקרונות של מערכות תמיכה בחיים בחוג סגור מבוססות חיישנים. בטיחות חשמל ובעיות רגולטוריות במערכות מדידה רפואיות.
משמעות חילוץ אינפורמציה קלינית מאותות רפואיים והאפליקציות הקשורות בכך. אותות רפואיים ומאפייניהם. טכניקות של מדידת אותות רפואיים ובעיות של האותות המתקבלים. ניתוח אותות בזמן לעומת ניתוח בתדר. הקשר בין תחומי התדר השונים למרכיבי המערכות בגוף האדם. פרמטרים מקובלים המופקים מהניתוח התדר. קורלציה וספקטרום. טכניקות לחילוץ מאפיינים וקלסיפיקציה. מודלים של אות – סטוכסטי לעומת דטרמיניסטי, לינארי לעומת לא לינארי. מודל גאוסיאני וסטציונארי. טיפול ברעשים וארטיפקטים – פילטרים לינאריים ומודל רעש. הקורס ילווה בדוגמאות ותרגילים על אותות רפואיים שונים כגון –EKG, EEG, EMG.
החלק הראשון של הקורס יעסוק בשפת C, ייצוגים בינאריים ומניפולציה שלהם, היכרות בסיסית אך רחבה של סביבת פיתוח התוכנה Labwindows CVI וכתיבת תוכנות מחשב בעלות יכולות מתקדמות עם ממשק משתמש גרפי. החלק השני כולל הכרת הארדואינו, תקשורת עם הארדואינו. החלק השלישי יכלול כתיבה וקריאה של אותו דיגיטליים ואנלוגיים, יישום של שיטות בקרה שונות הן בחוג פתוח והן בחוג סגור (on/off, PID). הקורס כולל לכל אורכו תרגול רציף של הסטודנטים בכתיבה מעשית ויישום מלא ובחינה של הנלמד בקורס. שימו לב! בסיום הקורס הסטודנט יגיש ויציג עבודה מסכמת על מערכת הבקרה. העבודה תכלול תוכנה בעלת ממשק משתמש גרפי, המבקרת את כלל המערכת במספר דרכים ומציגה את תגובת המערכת. העבודה תציג את הבקרות השונות, את יתרונותיהן וחסרונותיהן ואת ההשוואה ביניהן .
מערכת הראייה האנושית, מאפייני תמונה ספרתית והבסיס לעיבוד תמונה (בינארי, רמות אפור), ניתוח פורייה ועיוותים, דגימה ושיחזור של תמונה, שיפור תמונה בעזרת עיצוב היסטוגרמת רמות האפור, פילטרים שונים לעיבוד ושיפור תמונה, מבוא לתורת האינפורמציה, קידוד ודחיסת מידע בעיבוד תמונות, עקרונות ייצוג ועיבוד של תמונה בצבע, מבוא לעיבוד וידאו, תמונות 3D, יישומים של עיבוד תמונה.
הנושאים העיקריים המועברים בקורס כוללים סקירה היסטורית על התפתחות הביומכניקה, מבנה ותפקידי מערכת השלד, סוגי העצמות ותכונותיהם הביומכניות, אלסטיות לינארית, סוגי מפרקים, תכונות ותפקידי שרירי השלד, ויסקואלסטיות לינארית, תיאור המפרקים העיקריים בגוף האדם, שיווי משקל סטטי במפרקים, קינמטיקה של גוף האדם, דינמיקה של גוף האדם, אנליזה של הליכה.
בקורס יוצגו עקרונות ה-DSP ומימושם. בין הנושאים שילמדו: ייצוג אותות בזמן בדיד, תורת הדגימה, התמרת פורייה בזמן בדיד ו –FFT, מסננים דיגיטליים, מסנני IIR ו-FIR.
מבוא, אינטראקציה בין קרינה (אלקטרו-מגנטית, אולטרה-סאונד) ורקמה, קרני X (צילום רנטגן ושיקוף, רדיותרפיה, CT), רפואה גרעינית (צילום דו-מימדי, SPECT, PET, טיפול בקרינת גמא ובקרינת ביתא, radioimmunotherapy ,brachytherapy), MRI (הפיסיקה של MRI, סדרות פולסים ופרוטוקולים, מבנה של סורק, שימושי MRI), אולטרה-סאונד (פיסיקה של US, התמונה, יישומים עיקריים בדימות רפואי, שימושי US לטיפול).
במהלך הקורס להקניית הידע הבסיסי בנושאי מעבר חום ומסה, יבחנו תהליכי המעבר במערכות ביולוגיות שונות ובשימושים נוספים באבחון ובטיפול בעזרת חוקי שימור ומשוואות מעבר חום ומסה. הנושאים: הקדמה והגדרות, עקרונות מעבר חום- הולכה, הסעה וקרינה, מעבר חום ברקמות ביולוגיות, הולכת חום, חוק פורייה, הסעת חום, מעבר חום בקרינה, מערכות משולבות הולכה והסעה, אנלוגיה חשמלית, בעיות חד-ממדיות במצב עמיד, שימור אנרגיה - משוואת מעבר החום הכללית, תנאי שפה והתחלה. שימור אנרגיה כולל הסעה, משוואת Bioheat transfer ביונקים, מעבר חום במשטחים בולטים, מעבר חום עם Transient condition , מספר Biot . מנגנוני מעבר חומר, הגדרות ריכוזים, קשרי שיווי משקל בין פאזות, ריכוזים בגזים אידיאליים, דיפוזיה, חוק פיק, מעבר חומר בהסעה, אנלוגיות בין מעבר חום ומסה, ממשק נוזל-גז, משוואה שולטת למעבר מסה.
תקציר: הקורס יעסוק תחילה במבנה ופעילות מערכת העיכול כולל בקרת מטבוליזים של סוכרים, שומנים וחלבונים ובקרת איזון אנרגטי כללי. לאחר מכן נעסוק בבלוטות ההורמונליות העיקריות, מבנן, פעילותן וויסות פעילותן, מערכת השתן ובעיקר מבנה הכליות ופעילותן, ופיסיולוגיה של מערכת החיסון ( אימונולוגיה). דגש מיוחד יינתן לפעילות ולאינטגרציה בין חלקי הגוף השונים ברמות ארגון שונות ולמנגנוני הבקרה ההומיאוסטטים. בשליש האחרון של הקורס נעסוק בעיקר בפתולוגיה כללית, דהיינו בתהליכים החולניים הבסיסיים של הגוף החי כמו נמק, דלקת, זיהום או יצירת גידול כולל בגורמים, במנגנונים ובשינויים הפתולוגים והקליניים. בנוסף נעסוק במספר מצומצם של מחלות ספציפיות (פתולוגיה ספציפית) הרלוונטיות למערכות בהן עסקנו בחלקו הראשון של הקורס כמו סכרת מסוג 1 , שחמת (צרוזיס) בכבד ועוד עם דגש על הפתוגנזה (מנגנון התפתחותן) שלהן.
יישום הנלמד בקורסים התיאורטיים באמצעות סדרת ניסויים הממחישים תופעות פיזיולוגיות באמצעות מכשירי מדידה שונים. במסגרת הקורס תשולב מעבדה הכוללת ניסויים המבוססים על ניתוח ואפיון מתמרים בסיסיים כגון, ניטור מדידות ספיקת אוויר, רווית חמצן וטמפרטורת גוף, ניטור פוטנציאלים חשמליים מהלב ECG, המוח EEG ושריר שלדEMG . הסמינר כולל ניתוח האותות הנמדדים לרבות השוואה בין מצבים פיזיולוגים שונים (כגון, מנוחה ומאמץ), יחסי-גומלין של מדדים שונים, אנליזת תדרים של האותות הנמדדים, תכנון ניסוי וכתיבת דו"ח מדעי מפורט: תקציר - תיאור המחקר, רקע, שיטות המחקר, תוצאות, דיון וסיכום. הצגת התוצאות ישולבו כמטלת הצגת המחקר בפוסטר מדעי בקורס "מכניקה פיזיולוגית של מערכת השלד והשרירים".
בקרה: סווג מערכות: מערכות מכניות, חשמליות, תרמיות, נוזליות ומעורבות בעלות אלמנטים מקובצים וקבועים. בניית מעגלים שקולים לרבות דוגמאות מעולם המכשור הרפואי. ניתוח מערכות רציפות במישור הזמן: תגובה לתנאי התחלה, תגובה להלם, קונבולוציה כתגובה לערור שרירותי. ניתוח יסודי של מערכות מסדר ראשון ושני. התמרת לפלס החד צדדית ושימושיה; פונקצית התמסורת, קטבים ואפסים במישור התדר המרוכב. תיאור מערכת במרחב המצב, הצגת משוואות מצב ופתרונן בתחום הזמן ובתחום התדר. תיאור מערכות בעזרת דיאגרמות מלבנים. תגובת תדר לערור סינוסואידלי, דיאגרמות בודה (חזרה). מערכות בדידות: קבלת משוואות הפרש ופתרונן בתחום הזמן, תגובה לתנאי התחלה ומשפט הקונבולוציה הבדידה. מערכות משוב, יציבות של מערכות משוב: קריטריוני נייקויסט ובודה, אנליזה באמצעות מקום גיאומטרי של שורשים, דיאגרמת ניקולס. אפיון מערכות משוב בתחום הזמן ובתחום התדר, שגיאת מצב מתמיד ושגיאה חולפת. קריטריונים: מקדמי שגיאה, רגישות, שיכוך הפרעות, רוחב סרט. מערכות בקרה פיזיולוגיות, בקרת מערכות הנדסיות הנמצאות באינטראקציה עם מערכות פיסיולוגיות. חיישנים רפואים: מושגי יסוד במכשור רפואי: רקע היסטורי,טרמינולוגיה, מבנה כללי של מערכות מדידה וטיפול ביו-רפואיות, אפיון של מערכות מדידה רפואיות, סיווג של מכשור ביו-רפואי. ניתוח מתמטי ומעגלים אלקטרוניים השקולים למערכות מדידה ביו-מכניות, ביו-זרימה וחום. מדידת של פוטנציאלים ביולוגיים, אלקטרודות ומעגלים אלקטרוניים. מדידת טמפרטורה בעזרת תרמיסטור, צמד תרמי וקרינה באינפרא אדום. מדידת משתנים מכניים כמו העתקה, מהירות, תאוצה, כוח, לחץ וזרימה בעזרת מתמרים התנגדותיים, קיבוליים, השראותיים, פייזוחשמליים ופייזוהתנגדותיים. עקרונות של מערכות תמיכה בחיים בחוג סגור מבוססות חיישנים. בטיחות חשמל ובעיות רגולטוריות במערכות מדידה רפואיות.
קורס זה מציג עקרונות בסיסיים בשימוש בסימולציות נומריות להנדסה. הקורס כולל הכרה של השיטות הבסיסיות המקובלות (והפרשים סופיים ואלמנטים סופיים), ופיתוח מיומנויות במידול מייצג של בעיה הנדסית, עיבוד התוצאות ודיווח. הקורס כולל שימוש בתוכנות מסחריות (כגון ANSYS) ומציג שיקולים בבניית מודל חישובי מבחינת הנחות, הערכת שגיאה, רישות, התכנסות ואופטימיזציה של משאבי מחשב. בנוסף תוצגנה שיטות לפתרון בעיות מצומדות (לדוגמה: מבנה –זרימה), מודלים ביורפואיים.
משמעות חילוץ אינפורמציה קלינית מאותות רפואיים והאפליקציות הקשורות בכך. אותות רפואיים ומאפייניהם. טכניקות של מדידת אותות רפואיים ובעיות של האותות המתקבלים. ניתוח אותות בזמן לעומת ניתוח בתדר. הקשר בין תחומי התדר השונים למרכיבי המערכות בגוף האדם. פרמטרים מקובלים המופקים מהניתוח התדר. קורלציה וספקטרום. טכניקות לחילוץ מאפיינים וקלסיפיקציה. מודלים של אות – סטוכסטי לעומת דטרמיניסטי, לינארי לעומת לא לינארי. מודל גאוסיאני וסטציונארי. טיפול ברעשים וארטיפקטים – פילטרים לינאריים ומודל רעש. הקורס ילווה בדוגמאות ותרגילים על אותות רפואיים שונים כגון –EKG, EEG, EMG.
מערכות הזרימה הביולוגית; ריאולוגיה של הדם; זרימה פועמת בצינורות קשיחים וגמישים; התפצלויות, חיבורים והיצרויות; מאמצי גזירה על דופן כלי הדם; התנגדות ואימפדנס במערכת כלי הדם, התפשטות גלי הלחץ והחזרים; זרימה בקפילרות; זרימות בלב, מודלים ואנלוגיות חשמליות, זרימות פתולוגיות; זרימות במערכת הנשימה; זרימות במערכת הלימפתית והכלייתית. סקר ספרות לטכנולוגיות חדשניות, העמקה והצגה במסגרת דיבייט.
מורפולוגיה מתמטית, סגמנטציה, אנליזה של טקסטורה, יישומי זיהוי תבניות לעיבוד תמונה, Fuzzy Logic, רשתות נוירונים, רגיסטרציה של תמונות, אנליזה של תנועה, תמונות 3D רפואיות.
בחלקו הראשון של הקורס תינתן הדרכה אודות מהות העבודה הסמינריונית, כללי כתיבה אקדמית ומתודיקה של העברת מצגות. בהמשך יבחרו נושאי העבודות ותינתן הדרכה פרטנית. חלקו השני של הקורס מבוסס על עבודה עצמאית של הסטודנטים: גיבוש העבודה הסמינריונית, לרבות סקר ספרות, ניתוח ביקורתי של המאמרים , הסקת מסקנות וכתיבת העבודה. זאת תוך הדרכה וליווי פרטניים, בהתאם לנדרש. הצגת העבודות לרבות דיונים בכתה המבוססים על עבודות אלו. חלקו השלישי של הקורס כולל עריכת העבודה במתכונת של מאמר סקירה מדעי, וכתיבה בהתאם להנחיות כתב העת המתאים לנושא הסמינריון. זאת תוך הדרכה וליווי פרטניים.
מערכות הזרימה הביולוגית; ריאולוגיה של הדם; זרימה פועמת בצינורות קשיחים וגמישים; התפצלויות, חיבורים והיצרויות; מאמצי גזירה על דופן כלי הדם; התנגדות ואימפדנס במערכת כלי הדם, התפשטות גלי הלחץ והחזרים; זרימה בקפילרות; זרימות בלב, מודלים ואנלוגיות חשמליות, זרימות פתולוגיות; זרימות במערכת הנשימה; זרימות במערכת הלימפתית והכלייתית. סקר ספרות לטכנולוגיות חדשניות, העמקה והצגה במסגרת דיבייט.
בחלקו הראשון של הקורס תינתן הדרכה אודות מהות העבודה הסמינריונית, כללי כתיבה אקדמית ומתודיקה של העברת מצגות. בהמשך יבחרו נושאי העבודות ותינתן הדרכה פרטנית. חלקו השני של הקורס מבוסס על עבודה עצמאית של הסטודנטים: גיבוש העבודה הסמינריונית, לרבות סקר ספרות, ניתוח ביקורתי של המאמרים , הסקת מסקנות וכתיבת העבודה. זאת תוך הדרכה וליווי פרטניים, בהתאם לנדרש. הצגת העבודות לרבות דיונים בכתה המבוססים על עבודות אלו. חלקו השלישי של הקורס כולל עריכת העבודה במתכונת של מאמר סקירה מדעי, וכתיבה בהתאם להנחיות כתב העת המתאים לנושא הסמינריון. זאת תוך הדרכה וליווי פרטניים.
מורפולוגיה מתמטית, סגמנטציה, אנליזה של טקסטורה, יישומי זיהוי תבניות לעיבוד תמונה, Fuzzy Logic, רשתות נוירונים, רגיסטרציה של תמונות, אנליזה של תנועה, תמונות 3D רפואיות.

פרויקטי גמר נבחרים

ZOOM IN הנדסה רפואית

שאלות ותשובות על תואר ראשון בהנדסה רפואית

הלימודים אורכים בין 4 שנים בהתאם למסלול בו בוחר הסטודנט ללמוד.

לימודי הנדסה רפואית באפקה מתקיימים במסלול יום.

 

הנדסה רפואית הינו מקצוע רב תחומי המשלב ידע מעמיק מתחומי ההנדסה השונים עם הרפואה למציאת פתרונות טכנולוגיים לצרכים רפואיים. התחום כולל, בין היתר:

  • פיתוח של מכשור רפואי וטכנולוגיות לאבחון מחלות, למניעתן או לטיפול בחולים
  • פיתוח של מכשור רפואי לשיקום ולשיפור איכות החיים של חולים
  • פיתוח של חיישנים, בקרים וטכנולוגיות לאבחון ולטיפול הן בקליניקה והן מרחוק
  • עיבוד אותות ותמונות רפואיות
  • פיתוח של מערכות לעיבוד מידע רפואי ונתוני עתק
  • הנדסת תאים ורקמות לפיתוח שתלים יעילים
  • פיתוח שיטות ריפוי חדשניות ומחקר רפואי מתקדם

כן! במהלך הלימודים בתואר בהנדסה רפואית, הסטודנטים והסטודנטיות מבצעים פרויקטים מעשיים הכוללים עבודה על פיתוחים טכנולוגיים, בניית אב-טיפוס ומודלים הנדסיים. בנוסף, ישנם קורסים יישומיים במעבדות ופעילויות העשרה הכוללות שיתופי פעולה עם תעשיית ההנדסה הרפואית, מכונים רפואיים ועוד.

שכרו של מהנדס רפואי מתחיל בישראל הוא שכר מתגמל ונחשב לתחרותי ביחס לשוק. שכר זה יכול להשתנות בהתאם למקום העבודה, תחום ההתמחות והמיקום הגיאוגרפי, אך באופן כללי מדובר בשכר גבוה יחסית בתחומי ההנדסה.

לימודי הנדסה רפואית באפקה מציעים יתרונות ייחודיים כמו תעודה קלינית נוספת בסיום התואר, קורסים יישומיים בשיתוף פעולה עם תעשיית ההנדסה הרפואית, פרויקטים מעשיים, סגל מרצים אקדמי בעל ניסיון מהתעשייה, קשרים עם אנשי ונשות מקצוע בתעשייה, ויכולת להתמחות בהנדסת מערכות מידע רפואיות ומכניקה של מערכות פיזיולוגיות.

כן, בוגרי תואר ראשון בהנדסה רפואית יכולים להמשיך לתואר שני בתחומים כמו הנדסה רפואית, הנדסה ביומדית, מדעי המחשב, ניהול מערכות בריאות, ועוד. התואר מספק בסיס מצוין להמשך לימודים אקדמיים בתחום זה או בהרחבה לתחומים קרובים.

הלומדים הנדסה רפואית באפקה יכולים לבחור מבין שני מסלולי התמחות: הנדסת מערכות מידע רפואיות ומכניקה של מערכות פיזיולוגיות.

בשתי ההתמחויות האלה משולבים קורסים מתחום ההנדסה הקלינית המקנים כלים לניהול מערכות טכנו־רפואיות, לתכנון ובקרה של ניסויים קליניים, ידע בניהול לוגיסטי של פיתוח מוצר חדש ועוד.
לימודי ההנדסה הקלינית הם חדשניים, ייחודיים ועונים על צורכי התעשייה הרפואית להובלת מוצר מִשְלב היזמות ועד הכנסתו לשוק, בניהול רגולציה, בתקנים ובמחקרים קליניים. השלמת הקורסים מקנה תעודה נוספת בסיום התואר.

הלימודים באפקה מועברים על ידי סגל מרצים בעלי תואר שלישי (דוקטורט) וניסיון בתעשייה, העוסקים בהוראה ובמחקר ונמנים עם חברי האיגוד הישראלי להנדסה רפואית וביולוגית. הלימודים באפקה מתקיימים בכיתות קטנות מה שמאפשר לכל סטודנט לקבל יחס אישי וליווי צמוד של הסגל.

המונחים "הנדסה רפואית" ו"הנדסה ביו־רפואית" מתייחסים לאותו תחום עיסוק, וההבדלים ביניהם תלויים בעיקר בדגשים של כל מוסד לימודים.
במכללת אפקה, תוכנית הלימודים מתמקדת בהיבטים הפרקטיים של התחום – בדגש על פיתוח מכשור רפואי ומערכות מידע רפואיות. הסטודנטים יכולים לבחור בין שתי התמחויות ייחודיות:

  • מכניקה של מערכות פיזיולוגיות – התמחות המכשירה מהנדסים לתכנון, פיתוח וייצור של מכשור רפואי מתקדם לאבחון, טיפול, שיקום ושיפור איכות החיים של מטופלים.
  • הנדסת מערכות מידע רפואיות – התמחות המשלבת ידע בהנדסת תוכנה, מערכות מידע והנדסה רפואית, במטרה לענות על הביקוש למהנדסים בתחום זה בתעשייה ובמערכת הבריאות.

בוגרי תואר בהנדסה רפואית יכולים להשתלב בתעשיות רבות, כולל פיתוח מערכות רפואיות, מכשור רפואי, טכנולוגיות אבחון, חברות רפואיות, רפואה מותאמת אישית ועוד. תעשיות אלו כוללות את תחום הטכנולוגיה הרפואית, מכוני מחקר, בתי חולים, חברות יזמיות ופיתוח טכנולוגיות רפואיות חדשניות.

מהנדסים רפואיים מועסקים בתעשיות מגוונות, כולל חברות לפיתוח מכשור רפואי, תעשיית התרופות, חברות טכנולוגיות רפואיות, מכוני מחקר, בתי חולים ומרכזים רפואיים, חברות המפתחות שיטות טיפול חדשניות, יזמים בתחום הבריאות, ועוד.

הצלחה בתחום ההנדסה הרפואית דורשת מיומנויות טכניות בתחום ההנדסה, יכולת פתרון בעיות יצירתית, ידע מעמיק במערכות רפואיות, כישורים בעבודה בצוות רב-תחומי, הבנה רגולטורית, וכן יכולות תקשורת אפקטיביות כדי לשתף פעולה עם רופאים, אנשי מקצוע מהתעשייה והציבור הרחב.

סגל אקדמי

ד"ר שרה נפתלי

מילה מראש בית הספר להנדסה רפואית:

ד"ר שרה נפתלי

ד"ר שרה נפתלי

מילה מראש בית הספר להנדסה רפואית:

התוכנית לתואר ראשון בהנדסה רפואית כוללת לימודים תאורטיים בתחומי ההנדסה והרפואה, וסיורים במכונים, מרכזים רפואיים ובתעשיית ההנדסה הרפואית. הסטודנטיות והסטודנטים זוכים גם להתנסות מעשית במעבדות המכללה, בהן עמדות מתקדמות המדמות מערכות פיזיולוגיות ומשמשות למדידות של מערכות בגוף. לנוכח המעורבות של אפקה בפעילויות של איגודים מקצועיים ובאקוסיסטם של החברות בתחום, הסטודנטים נחשפים לתעשייה ולשיתופי פעולה שונים ומעשירים, המסייעים להם בהבנת שיטות העבודה הנהוגות בה. סגל התוכנית כולל מרצים בעלי תואר שלישי (דוקטורט) וניסיון בתעשייה, העוסקים בהוראה ובמחקר ונמנים עם חברי האיגוד הישראלי להנדסה רפואית וביולוגית. הם תומכים, מלווים, מייעצים ומכווינים את הסטודנטים לאורך התוכנית.

לכל חברות וחברי הסגל

צרו קשר

לשכת הנהלה אקדמית

טלפון: 03-7688691/744
פקס: 03-7688692
דוא"ל: AcademicHeadsBox@afeka.ac.il

מחלקת ייעוץ לימודים 

ימים א'-ה': 09:00-19:00 | יום ו': 09:00-13:00
חייגו: 1-800-37-37-10 (שלוחה 1)
פקס: 03-7688679
מייל להרשמה: mirsham@afeka.ac.il