Syllabus

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

Каф. біотехнічних систем

Моделювання біомедичних процесів та сигналів

Силабус

1. Освітні програми, для яких дисципліна є обов’язковою:

# Рівень освіти Галузь знань Спеціальність Освітня програма Курс(и) Семестр(и)
1 бакалавр 16. Хімічна та біоінженерія 163. Біомедична інженерія (бакалавр) Біомедична інженерія 3 5

2. Дисципліна пропонується як вибіркова для усіх рівнів вищої освіти і усіх освітніх програм.

3. Інформація про автора курсу

Прізвище, ім'я та по батькові Яворська Євгенія Богданівна
Науковий ступінь канд. техн. наук
Вчене звання доцент
Посилання на сторінку викладача(ів) на офіційній веб-сторінці університету http://library.tntu.edu.ua/personaliji/a/ja/javorska-jevhenija-bohdanivna/
Е-mail (в домені tntu.edu.ua) yavorska@tntu.edu.ua

4. Інформація про навчальну дисципліну

Розподіл аудиторних годин Лекції: 32
Практичні заняття: 0
Лабораторні заняття: 32

Кількість годин самостійної роботи: 56
Кількість кредитів ECTS: 4
Мова викладання українська
Вид підсумкового контрою екзамен
Посилання на електронний навчальний курс у СЕН університету ATutor https://dl.tntu.edu.ua/bounce.php?course=2819

5. Програма навчальної дисципліни

Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Мета вивчення навчальної дисципліни:
підготувати студентів в області дослідження складних систем і процесів на основі методів математичного моделювання.

Завдання навчальної дисципліни:
розкрити зміст базових понять, предмета, методів і принципів моделювання; дати уявлення про види моделювання і основні походи до побудови математичних моделей систем; дослідження і оптимізація біологічних процесів і систем на різних рівнях їх організації; дослідження і оптимізація біотехнічних систем; розробка і оптимізація лікувально-діагностичних систем; оптимізація розробки, випробувань і виробництва лікувально-профілактичних апаратів.

Місце дисципліни в структурно-логічній схемі навчання за освітньою програмою

Перелік дисциплін, або знань та умінь, володіння якими необхідні студенту (вимоги до рівня підготовки) для успішного засвоєння дисципліни

Анатомія, фізіологія та патологія людини
Біомедична інженерія
Діагностичні і терапевтичні системи
Основи біофізики та біомеханіки
Основи теорії кіл та сигналів
Архітектура ПК
Вимірювальні перетворювачі біофізичних величин та електроди
Моделювання біомедичних процесів та сигналів
Основи медичних знань
Принципи біомедичної інженерії

Перелік дисциплін які базуються на результатах навчання з даної дисципліни

Комп'ютерна біометрія та медична інтрографія
Передача біомедичної інформації в комп’ютерних мережах
Медикобіологічні дослідження
Біомедична інженерія
Системний аналіз і прийняття рішень в медицині
Обробка біомедичних сигналів
Обробка біомедичних зображень
Телемедичні системи
Державний екзамен

Зміст навчальної дисципліни

Лекційний курс (формулювання тем)

Тема 1.Моделювання як категорія. Теорія моделювання.
Тема 2. Системність пізнавальних процесів. Класифікація систем.
Тема 3. Математичне моделювання.
Тема 4. Імітаційні моделі: структура, вимоги, процес імітації. Планування імітаційних експериментів з моделями.
Тема 5. Конструювання моделі, моделювання компонентів.
Тема 6. Формалізація та алгоритмізація процесів. Мови імітаційного моделювання.
Тема 7. Організаційні аспекти імітаційного моделювання.
Тема 8. Концептуальні моделі. Логічна структура моделей.
Тема 9. Обгрунтування вибору і аналіз моделі. Оцінка точності і достовірності результатів моделювання.
Тема 10. Огляд комп'ютерних програм імітаційного і математичного моделювання.
Тема 11. Специфіка математичного моделювання живих систем.
Тема 12. Базові моделі математичної біофізики.
Тема 13. Планування експерименту і прийняття рішень: експериментально-статистичне моделювання. Структурна і функціональна моделі.
Тема 14. Методологія математичного планування дослідного експерименту.
Тема 15. Планування багатофакторних експериментів. Поліноміальні моделі, їх розрахунок. Критерії оптимальності планів.

Лабораторний практикум (теми)

Основні етапи розробки імітаційної моделі
Стратегічне планування модельного експерименту
Засоби управління імітаційною моделлю
Імітаційне моделювання біомедичних процесів
Імітаційне моделювання біосигналів

Самостійна робота студента/аспіранта

Види самостійної роботи при вивченні навчальної дисципліни "Основи побудови медичної техніки":
1. Підготовка до лабораторних робіт
2. Опрацювання окремих розділів, які не виносяться на лекції:
2.1. Поняття процесу, системи, моделі. Властивості моделей.
2.2. Класифікація видів моделювання. Порівняльний аналіз видів моделювання.
2.3. Імітаційні моделі процесів і систем. Умови застосування імітаційного моделювання.
2.4. Загальна схема процесу моделювання. Формалізація і алгоритмізація інформаційних процесів.
2.5. Концептуальні моделі біологічних процесів і систем.
2.6. Математичні методи моделювання біологічних процесів і систем. Логічна структура моделей.
2.7. Моделювання в біології і медицині: біологічний об'єкт моделювання, властивості моделі біопроцесу і біосистеми.
2.8. Моделювання в біології і медицині: приклади моделей біологічних процесів і систем.
2.9. Оцінка точності і достовірності результатів моделювання. Оцінка стійкості моделі.
2.10. Оцінка точності і достовірності результатів моделювання. Оцінка чутливості моделі.
2.11. Огляд комп'ютерних програм імітаційного і математичного моделювання
2.12. Властивості моделей біомедичних процесів та сигналів.
2.13. Методи і способи вимірювань, похибки вимірювань.
2.14. Класифікація методів дослідження
2.15. Поліноміальні моделі, їх розрахунок.
2.16. Загальна схема процесу моделювання. Формалізація і алгоритмізація інформаційних процесів.
3. Виконання курсової роботи.
4. Підготовка та складання екзаменів, тестування.

Навчальні матеріали та ресурси

Базова
1. Абакумов В.Г. Біомедичні сигнали. Генезис, обробка, моніторинг. Київ, 2001. 516 с.
2. Абакумов В.Г. Біомедичні сигнали та їх обробка. Київ, 1997. 352 с.
3. Орленко Н.С. Імітаційне моделювання: навч.-метод. посібник для самост. вивч. дисц. Київ, 1999. 208 с.

Допоміжна
1. Филатова Н.Н. Моделирование биотехнических систем: учебное пособие. Тверь, 2008. 144 с.
2. Лежнюк П.Д. Основи теорії планування експерименту: лабораторний практикум. — Вінниця, 2006. 167 с.
3. Лоу А.М. Имитационное моделирование. СПб, 2004. 846 с.
4. Пудов В.С. Моделирование процессов и систем: мет. указ. к лабораторным работам. Новосибирск, 2005. 32 с.
5. В. Дьяконов Simulink 4: Специальный справочник. СПб, 2002. 518 с.
6. Дэбни Дж.Б. Simulink 4. Секреты мастерства. Москва, 2003. 403 с.
7. Гультяев А.К. Matlab 5.3 : Имитационное моделирование в среде Windows. СПб, 2001. 400 с.
8. Е.С. Вентцель Исследование операций. Задачи, принципы, методология: Учеб. пособие для вузов. Москва, 2004. 208 с.
9. П.П. Бочаров, А.В. Печинкин Теория вероятностей. Математическая статистика. Москва, 1998. 328 с.
10. В.Ф. Антонов и др. Биофизика: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. Москва, 2003. 287 с.
11. Мешалкин Ю.П. Основы медицинской физики: учеб. пособие. – Новосибирск, 2006. 78 с.

6. Політика та контроль навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Політика навчальної дисципліни

Політика навчальної дисципліни визначається системою вимог, які викладач пред'являє до студента при вивченні дисципліни "Моделювання біомедичних процесів та сигналів" та ґрунтується на засадах академічної доброчесності.
Вимоги стосуються відвідування занять (неприпустимість пропусків, запізнень і т.п.); правил поведінки на заняттях (активну участь, виконання необхідного мінімуму навчальної роботи та ін.); заохочень та стягнень (за що можуть нараховуватися або відніматися бали і т.п.).
Політика навчальної дисципліни "Моделювання біомедичних процесів та сигналів" вибудована з урахуванням норм законодавства України щодо академічної доброчесності, Статуту, положень ТНТУ:

1 Положення про організацію освітнього процесу в Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя - наказ №4/7-340 від 21.05.2015 із змінами від 25.06.2019 - наказ №4/7-622 від 27.06.2019 та від 14.04.2020 - наказ №4/7-243 від 15.04.2020

2 Положення про індивідуальний навчальний план студента Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя (нова редакція) - наказ №4/7-669 від 25.09.2020

3 Положення про академічну мобільність учасників освітнього процесу Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя

4 Положення про оцінювання здобувачів вищої освіти Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя (нова редакція) - наказ №4/7-670 від 25.09.2020

5 Положення про академічну мобільність студентів ТНТУ ім.І.Пулюя - наказ№4/7-454 від 16.07.2013

6 Положення про врегулювання конфліктних ситуацій в Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя - наказ №4/7-164 від 01.03.2021

7 Положення про підсумковий семестровий контроль результатів навчання студентів Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя - наказ №4/7-122 від 17.02.2020

8 Тимчасовий порядок проведення семестрового контролю та атестації здобувачів вищої освіти Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя - наказ №4/7-350 від 25.05.2020

9. Положення про недопущення академічного плагіату в Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя - наказ №4/7-964 від 01.11.2019 зі змінами від 19.12.2019 наказ №4/7-114 від 12.02.2020, зі змінами від 26.01.2021 - наказ №4/7-72 від 02.02.2021

10. Положення про академічну доброчесність учасників освітнього процесу Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя - наказ №4/7-969 від 01.11.2019

11. Статут Тернопільського національного технічного університету ім. І. Пулюя (нова редакція) - наказ МОН №248 від 25.02.2019

Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання

Згідно з діючою в університеті системою комплексної діагностики знань студентів, з метою стимулювання планомірної та систематичної навчальної роботи, оцінка знань студентів
здійснюється за 100-баловою системою, яка переводиться відповідно у національну шкалу
(«відмінно», «добре», «задовільно», «незадовільно») та шкалу європейської кредитно-трансферної системи (ЄКТС –А, В, С, D, E, FX, F). . Форми контролю знань студентів: поточний (опитування, тестування); підсумковий модульний (тестування); семестровий підсумковий (екзамен). Детально кількість балів розписано у робочій програмі.


Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:

Шкала оцінок
ВНЗ
(100-бальна)
Національна
(4-бальна)
ECTS
90-100 Відмінно А
82-89 Добре B
75-81 C
67-74 Задовільно D
60-66 E
35-59 Незадовільно FX
1-34 F

7. Додаткова інформація

1. Поняття моделювання. Поняття моделі Моделі в біології. Теорія моделювання.
2. Означення системи. Класифікація систем. Складні та великі системи. Системність.
3. Типи математичних моделей. Специфіка математичного моделювання живих систем. Математичне моделювання в сучасній біомедицині.
4. Структура імітаційних моделей. Процес імітації. Стратегія і тактика планування.
5. Конструювання моделі. Технологічні карти. Моделювання компонентів.
6. Побудова моделюючих алгоритмів. Ітераційний характер процесу побудови та дослідження моделей. Режими керування модельним часом. Інструментальні засоби, мови моделювання: порівняльний аналіз пакетів комп’ютерного моделювання. Коротка характеристика пакету Matlab (Simulink).
7. Імітаційні моделі біомедичних процесів та сигналів. Умови застосування імітаційного моделювання.
8. Концептуальні моделі біомедичних процесів і сигналів – дискретні, неперервні, детерміновані, стохастичні, мережеві.
9. Оцінка точності і достовірності результатів моделювання. Оцінка стійкості моделі: тестування моделі, перевірка статистичної гіпотези про рівність статистичних параметрів до і після внесення змін в модель. Оцінка чутливості моделі.
10. Програми відбору обробки та аналізу біомедичних процесів та сигналів.
11. Біологічний об’єкт. Поняття моделювання. Категорії моделей в біології та медицині. Властивості моделей біомедичних процесів та сигналів. Структурне моделювання біомедичних процесів та сигналів.
12. Математичне та інформаційне моделювання структур і функцій об'єктів біофізики
13. Визначення об’єкту, предмету, мети дослідження. Завдання дослідження. Постановка і організація експерименту. Стратегія і тактика експерименту. Вибір факторів. Методи і способи вимірювань, похибки вимірювань. Використання обчислювальної техніки в медико-біологічних дослідженнях. Планування імітаційних експериментів з моделями. Поняття факторного простору і плану. Поняття відтворюваності експерименту, дисперсія відтворюваності експерименту. Стратегічне планування експериментів: повний і частковий факторний експеримент.
14. Класифікація методів дослідження. Розробка плану-програми експерименту. Етапи проведення експерименту.
15. Застосування поліноміальних моделей и симплекс моделей при вивченні біологічних процесів і систем.
Затверджено рішенням кафедри
біотехнічних систем
(протокол №
10
від «
17
»
березня
2021
року).