Syllabus

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

Каф. біотехнічних систем

Основи побудови медичної техніки

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 4 7

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=2821

5. Програма навчальної дисципліни

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

Мета вивчення навчальної дисципліни:
вивчення даної дисциплiни є завершенням фундаментальної пiдготовки студентів з розроблення та застосування біотехнічних та медичних систем.

Завдання навчальної дисципліни:
вивчення загальних основ дії, функціональної та структурної побудови, експлуатації біотехнічних та медичних систем.

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

Аналогова схемотехніка
Біомедична інженерія
Біофізика
Діагностичні і терапевтичні системи
Електронні прилади
Інженерна та комп`ютерна графіка
Лабораторно-аналітична техніка
Метрологія
Основи біомеханіки
Основи конструювання біомедичної апаратури
Основи теорії кіл та сигналів
Цифрова схемотехніка
Архітектура ПК
Вимірювальні перетворювачі біофізичних величин та електроди
Медикобіологічні дослідження
Моделювання біомедичних процесів та сигналів
Обробка біомедичних зображень
Обробка біомедичних сигналів
Основи взаємодії фізичних полів з біооб’єктом
Основи медичних знань
Системний аналіз і прийняття рішень в медицині

Перелік дисциплін які базуються на результатах навчання з даної дисципліни

Комп'ютерна біометрія та медична інтрографія
Медичні комплекси та системи
Державний екзамен

Зміст навчальної дисципліни

Лекційний курс (формулювання тем)

Тема 1. Введення. Місце життєвому циклі БМА етапів її побудови та застосування.
Тема 2. Проблеми, що вирішують БМА, задачі, які вони розвязують та аспекти, у яких їх застосовують.
Тема 3. Математичні моделі, функції, характеристики та параметри БМА.
Тема 4. Формальні, евристичні та пошукові методи синтезу елементарних функцій БМА для її лінійної моделі типу “вхід-вихід”.
Тема 5. Методи усереднення, ковзного середнього, авторегресії, апроксимації та оптимізації до синтезу функцій БМА.
Тема 6. Точність синтезу та реалізації функцій БМА, їх робастність та стійкість.
Тема 7. Складні функції БМА: виявлення, лінійні перетвори, розпізнавання біосигналів; контроль, діагностика стану, реконструкція будови біообєктів тощо.
Тема 8. Цифрова обробка біосигналів та медичних даних.
Тема 9. Принципи побудови схем та алгоритмів БМА за їх функціями.
Тема 10. Стратегії та етапи побудови схем та алгоритмів БМА.
Тема 11. Аспекти, етапи та складові частини аналізу функцій схем та алгоритмів БМА.
Тема 12. Математичне забезпечення комп׳ютерного аналізу та синтезу алгоритмів та схем БМА.
Тема 13. Інформаційне забезпечення комп׳ютерного аналізу та синтезу алгоритмів та схем БМА.
Тема 14. Класифікація, експлуатаційні характеристики і параметри, експлуатація та ремонт БМА.
Тема 15. Діагностичні та терапевтичні БМА.
Тема 16. Комп׳ютерні бази даних та знань, експертні, діагностичні, лікувальні системи.

Практичні заняття (теми)

-

Лабораторний практикум (теми)

1. Математичне моделювання біосигналу.
2. Евристичні методи. Синтез функції блоку електронного апарату.
3. Синтез функції блоку електронного апарату методом усереднення та ковзного середнього.
4. Точність моделювання обробки сигналу електронним апаратом.
5. Визначення функції цифрової обробки суміші біосигналу та завади.
6. Математичне забезпечення побудови схеми електричної принципової.

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. Введення. Місце життєвому циклі БМА етапів її побудови та застосування.
2.2. Проблеми, що вирішують БМА, задачі, які вони розвязують та аспекти, у яких їх застосовують.
2.3. Математичні моделі, функції, характеристики та параметри БМА.
2.4. Формальні, евристичні та пошукові методи синтезу елементарних функцій БМА для її лінійної моделі типу “вхід-вихід”.
2.5. Методи усереднення, ковзного середнього, авторегресії, апроксимації та оптимізації до синтезу функцій БМА.
2.6. Точність синтезу та реалізації функцій БМА, їх робастність та стійкість.
2.7. Складні функції БМА: виявлення, лінійні перетвори, розпізнавання біосигналів; контроль, діагностика стану, реконструкція будови біообєктів тощо.
2.8. Цифрова обробка біосигналів та медичних даних.
2.9. Принципи побудови схем та алгоритмів БМА за їх функціями.
2.10. Стратегії та етапи побудови схем та алгоритмів БМА.
2.11. Аспекти, етапи та складові частини аналізу функцій схем та алгоритмів БМА
2.12. Математичне забезпечення комп׳ютерного аналізу та синтезу алгоритмів та схем БМА
2.13. Інформаційне забезпечення комп׳ютерного аналізу та синтезу алгоритмів та схем БМА
2.14. Класифікація, експлуатаційні характеристики і параметри, експлуатація та ремонт БМА
2.15. Діагностичні та терапевтичні БМА.
2.16. Комп׳ютерні бази даних та знань, експертні, діагностичні, лікувальні системи
3. Виконання курсової роботи.
4. Підготовка та складання екзамену, тестування.

Навчальні матеріали та ресурси

Базова
1. Яворський Б.І., Яворська Є.Б. Теоретичні основи побудови електронних апаратів та систем/ Навчальний посібник. Тернопіль, 2004. 410 с.
2. Яворський Б.І. Математичні основи радіоелектроніки. Тернопіль, 1996. 382 с.
Допоміжна
1. Б.І. Яворський, Т.М. Рафа. Методи та засоби комп’ютерної реконструктивної томографії: Навчальний посібник. Тернопіль, 2010. 107 с.
2. Яворський Б.І. Введення у спеціальність „Біотехнічні та медичні апарати і системи“. Тернопіль, 2012. 79 с.
3. Драган Я.П., Сікора Л.С., Яворський Б.І. Основи сучасної теорії стохастичних сигналів: енергетична концепція, математичний апарат, фізичне тлумачення. Львів, 1999. 132 с.
4. Злепко С.М., Павлов С.В., Коваль Л.Г. та ін. Основи біомедичного радіоелектронного апаратобудування : навчальний посібник. Вінниця, 2011. 133 с.
5. Биофизические характеристики тканей человека. Справочник / Березовский В.А., Колотилов Н.И. Киев, 1990. 224 с.
6. Довідник основних показників життєдіяльності здорової людини/ Під ред. Вадзюка С.Н. Тернопіль, 1996. 56 с.
7. Биотехнические системы. Теория и проектирование. Учебн. пособие/ Под ред. Ахутина В.М. — Ленинград, 1981. 219 с.
8. Попечителев Е.П. Биотехнические системы интерпретации экспериментальных данных. Ленинград, 1985. 70 c.
9. Капітонова Ю.В., Кривий С.Л., Летичевський О.А. та. ін. Основи дискретної математики. Київ, 2002. 560 с.
10. А.И.Петренко Основы автоматизации проектирования К.:Техника, 1989.
11. Справочник по САПР. Киев,Техника, 1988г.
12. Дж. К. Джонс. Методы проектирования. М.:Мир, 1986.
13. Белов В.В., Воробьев Е.М., Шаталов В.Е. Теория графов. Москва, 1976. 396 с.
14. Сергиенко И.В. Математические модели и методы решения задач дискретной оптимизации. Киев, 1988. 472 с.
15. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. Москва, 1981. 344с.

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 "Основи побудови медичної техніки" 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 "Основи побудови медичної техніки" 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

Перелік питань, які виносяться на семестровий контроль:
1. Життєвий цикл медичної техніки – етапи їх побудови, конструювання, виробництва, експлуатації та ремонту.
2. Характеристика етапу побудови – його започаткування, виконання, завершення та документальне (текстове і графічне) оформлення.
3. Біомедичні проблеми та роль електронної техніки у їх вирішенні.
4. Формальні методи вирішення прикладної проблем – її математичне моделювання, постановка та розв׳язування задач, побудова алгоритмів та схем.
5. Алгоритми, програми та блок-схеми, схеми електричні принципові як вираження технічних засобів, його роль та значення у побудові медичної техніки.
6. Неформальні (пошукові) методи побудови медичної техніки.
7. Технічний аспект застосування медичної техніки до вирішення біомедичних проблем.
8. Енергетичне та інформаційне застосування медичної техніки.
9. Задачі, які розв’язують медичної техніки під час діагностики, лікування, профілактики, реабілітації, моніторингу тощо на прикладі задач вимірювання, ідентифікації, тестування, контролю, керування.
10. Адекватність математичного моделювання, оптимальність розв׳язків задач, критерій та методи її досягнення.
11. Поняття біооб*єкту (клітини, тканини, органи, системи та організми).
12. Біофізичні величини, біосигнали та поля властиві біооб׳єктам.
13. Поширення біосигналів.
14. Хвиля як носій сигналу. Рівняння хвиль, початкові та граничні умови.
15. Випромінювання хвиль. Поширення хвиль. Характеристики та параметри хвилі.
16. Характеристики параметри лінійної математичної моделі перетворювача типу “вхід-вихід”.
17. Задачі оброблення біомедичних сигналів.
18. Цифрова та функціональна обробка сигналів.
19. Синтез елементарних функцій медичної техніки для її моделі "вхід-вихід".
20. Методи побудови функції медичної техніки – евристичний, формальний та пошуковий.
21. Формальна побудова функції виділення із суміші з шумом постійної величини, тренду, коливання.
22. Методи усереднення, ковзного середнього, авторегресії.
23. Наближення (апроксимація) евристичної функції.
24. Похибки формальної побудови та наближення функції.
25. Чутливість (робастність) функції.
26. Стабільність та стійкість функції при її втіленні за допомогою засобів радіоелектроніки. Критерії стійкості. Показники стабільності та чутливості.
27. Попереднє оброблення біосигналів.
28. Виявлення біосигналу у суміші з шумом. Критерій виявлення, достовірність виявлення та імовірність помилки.
29. Аналіз та розпізнавання біосигналів.
30. Оцінювання параметрів та характеристик біосигналу.
31. Прогнозування змін біосигналу.
32. Кореляційний та спектральний аналіз біосигналів.
33. Обробка біомедичних зображень. Фільтрація, корекція, масштабування, повороти, розтягування.
34. Дискретизація та квантування біомедичних сигналів.
35. Характеристики та параметри оцифрування біосигналу.
36. Відбір, зберігання, реєстрація та аналіз біомедичних сигналів.
37. Цифрова фільтрація біосигналів.
38. Компютерні бази даних, бази знань, експертні медичні системи.
39. Загальні принципи побудови алгоритмів та схем за їх функціями. Види схем і алгоритмів та їх класифікація.
40. Задачі та методи ідентифікації структур та параметрів схем і алгоритмів.
41. Розробка схем та алгоритмів "знизу-вверх" та "зверху-вниз". Ітераційність розробки.
42. Внутрішня та зовнішня розробка і уніфікація при розробці.
43. Основні стратегії та етапи побудови схем і алгоритмів.
44. Лінійна, циклічна, розгалужена, адаптивна стратегії побудови, модифікації та випадкового пошуку структури.
45. Етапи предпроектних досліджень, складання технічного завдання та технічної пропозиції, ескізного, технічного та робочого проектування, випробування та впровадження.
46. Аспекти, етапи та складові частини аналізу функцій медичної техніки.
47. Ієрархічність та декомпозиція функції.
48. Режими аналізу функцій в компютерних системах проектування медичної техніки.
Затверджено рішенням кафедри
біотехнічних систем
(протокол №
10
від «
17
»
березня
2021
року).