Основи моделювання біотехнічних систем
Спеціальність: Біомедична інженерія (інтернет речей)
Код дисципліни: 6.163.03.O.023
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Електронні засоби інформаційно-комп'ютерних технологій
Лектор: Гліненко Лариса Костянтинівна
Семестр: 4 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Загальні компетентності:
- ЗК1. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях
- ЗК2. Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності
- ЗК5. Здатність проведення досліджень на відповідному рівні
- ЗК7. Здатність генерувати нові ідеї (креативність)
- ЗК8. Здатність приймати обґрунтовані рішення
- ЗК11. Здатність оцінювати та забезпечувати якість виконуваних робіт
Фахові компетентності:
- ФК1. Здатність застосовувати пакети інженерного програмного забезпечення для проведення досліджень, аналізу, обробки та представлення результатів, а також для автоматизованого проектування медичних приладів та систем
- ФК3. Здатність вивчати та застосовувати нові методи та інструменти аналізу, моделювання, проектування та оптимізації медичних приладів і систем
- ФК4. Здатність забезпечувати технічні та функціональні характеристики систем і засобів, що використовуються в медицині та біології (при профілактиці, діагностиці, лікуванні та реабілітації)
- ФК5. Здатність застосовувати фізичні, хімічні, біологічні та математичні методи в аналізі, моделюванні функціонування живих організмів та біотехнічних систем
- ФК8. Здатність проводити дослідження та спостереження щодо взаємодії біологічних, природних та штучних систем (протези, штучні органи та ін.)
- ФК9. Здатність ідентифікувати, формулювати і вирішувати інженерні проблеми, пов’язані з взаємодією між живими і неживими системами
Результати навчання: Внаслідок вивчення навчальної дисципліни студент повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
– знати основи методології моделювання біологічних, технічних та біотехнічних систем; володіти системним підходом до їх моделювання;
– вміти створювати та досліджувати математичні моделі технічних та біологічних складових біотехнічних систем, враховувати їх взаємний вплив;
– вміти планувати та реалізувати комп’ютерні експерименти з моделями з залученням засобів сучасних інформаційних технологій;
– застосовувати набуті навички моделювання в процесі аналізу та синтезу біотехнічних систем та їх складових;
– уміти представити результати моделювання та в процесі дискусії із іншими студентами обґрунтувати свої висновки.
Результати навчання
1. ПРН5. Вміти використовувати бази даних, математичне і програмне забезпечення для обробки даних та комп’ютерного моделювання біотехнічних систем, в тому числі, пристроїв телемедицини та інтернету речей
2. ЗН12. Знання інженерних методів розрахунку
3. УМ3. Підготовленість до використання математичних методів для
вирішення задач, пов’язаних з проектуванням біотехнічних та медичних апаратів (БМА)
4. УМ11. Уміння використовувати методи і засоби вивчення та аналізу впливів фізичних полів на людський організм під час експлуатації БМА
5. УМ18. Здатність аналізувати і оптимізувати властивості біотехнічних систем на основі використання їх еквівалентних моделей
5. УМ19. Уміння формулювати технічні вимоги та розробляти алгоритми функціонування виробів БМА з мікропроцесорним керуванням
5. АВ3. Здатність до подальшого навчання з високим рівнем автономності
Методи навчання і викладання
Лекції, лабораторні роботи - інформаційно- рецептивний метод, репродуктивний метод, евристичний метод, метод проблемного викладу,
самостійна робота - репродуктивний метод, дослідницький
метод)
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: – Біофізика
– Інформатика в біомедичній інженерії
– Основи біохімії
– Основи проектування біотехнічних систем
Короткий зміст навчальної програми: У курсі вивчаються сутність та загальні принципи моделювання біотехнічних систем; характеристики, етапи та інструменти побудови математичних моделей. Передбачається вивчення основи теорії графів та представлення математичних моделей у вигляді граф; принципів та засобів моделювання фізичних підсистем; технічних та біологічних складових біотехнічних систем. Вивчаються моделі окремих ізольованих та зв’язаних фізіологічних систем, основи теорій подібності та розмірності, їх застосування в моделюванні біотехнічних систем; отримані знання будуть реалізовуватися в процесі виконання практичних завдань з застосування інженерних програм комп’ютерної підтримки.
Опис: 1. Біотехнічні системи як об’єкт моделювання.
2. Сутність та загальні принципи моделювання систем.
3. Математичні моделі і моделювання. Основні вимоги до математичних моделей та їх характеристики. Особливості математичного моделювання біотехнічних систем.
4. Статистичне моделювання біотехнічних систем. Ідентифікація об'єктів та параметрів математичних моделей на основі експериментальних залежностей.
5. Основи теорії графів та представлення математичних моделей у вигляді графів.
6. Еквівалентні схеми фізичних технічних складових біотехнічних систем.
7. Моделювання технічних складових біотехнічних систем на макрорівні на основі аналогій з процесами у електричних колах.
8. Математичні моделі технічних складових біотехнічних систем на макрорівні, методи їх побудови.
9. Моделювання біологічних складових біотехнічних систем.
10. Моделювання фізіологічних систем: oсновні принципи та підходи до моделювання.
11. Моделювання окремих ізольованих фізіологічних систем (моделювання системи кровообігу, серцево-судинної системи, системи зовнішнього дихання тощо).
12. Взаємодія фізіологічних систем організму. Принципи моделювання та моделі зв’язаних фізіологічних систем.
13. Структурне комп’ютерне структурне моделювання фізіологічних систем.
14. Моделювання біотехнічних систем на основі теорії подібності
15. Моделювання біотехнічних систем за допомогою методу розмірності
Методи та критерії оцінювання: Усні і письмові опитування в процесі виконання і захисту лабораторних робіт та індивідуальних завдань, контрольне і поточне тестування у ВНС, екзаменаційне тестування, виконання контрольних завдань, усне опитування під час екзамену.
Критерії оцінювання результатів навчання: – Поточний контроль: письмові звіти з лабораторних робіт, індивідуальні завдання, усне опитування, контрольні роботи, комп’ютерне тестування – 40 балів (40%): виконання та захист лабораторних робіт та індивідуальних завдань – 20 балів; контрольні роботи і тестування – 20 балів
– Підсумковий контроль: (контрольний захід, екзамен): письмово-усна форма – 60 балів (60%): письмова частина – 54 бали; усне опитування – 6 балів
Оцінки за виконання лабораторних робіт виставляються на основі визначення правильності, повноти та самостійності отриманих рішень за кожне з завдань:
- отримані результати правильні, повні і отримані самостійно – 100% від максимальної оцінки;
- отримані результати правильні, повні і отримані зі значною допомогою та коригуванням викладача – 90% від максимальної оцінки;
- отримані у роботі рішення правильні, але неповні і отримане зі значною допомогою та коригуванням викладача – 75% від максимальної оцінки;
- отримані результати містить помилки, але підхід до отримання рішення та застосування інструментів отримання рішення вірні – 50% від максимальної оцінки.
Поточне та контрольне тестування проводиться у ВНС і оцінка виставляється автоматично за всі тестові завдання. За завдання типу «есей» 100% від максимальної оцінки виставляється в режимі ручного оцінювання за повністю правильний і повний розв’язок, 85% - загалом правильний розв’язок з незначними помилками у обчисленнях; 75% - за неповний розв’язок з деякими помилками за загалом правильного підходу до рішення; 50 % - за наявності значних помилок і неповного рішення за правильного підходу; 30% - за формулювання правильного підходу без реалізації рішення.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Гліненко Л.К. Основи біотехнічних систем та їх моделювання: навчальний посібник / Л.К.Гліненко, В.А.Павлиш, В.М.Фаст, Є.І.Яковенко. - Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2020. – 380 c.
2. Павлиш В.А. Основи інформаційних технологій і систем: навч. посібник / В.А.Павлиш, Л.К. Гліненко. - Львів: Видавництво львівської політехніки, 2013. - 500 с.
3. Khoo M.C.K. Mathematical Modeling. In: Khoo M.C.K. Physiological Control Systems. AnaLysis, Simulation and Estimation. – John Wiley & Son, Inc., 2015. – 467 p. - P. 23-37.
4. Khoo M.C.K. Identification of Physiological ControlSystems. In: Khoo M.C.K. Physiological Control Systems. AnaLysis, Simulation and Estimation. – John Wiley & Son, Inc., 2015. – 467 p. - P. 159-202.
5. Enderle J. Compartmental Modeling / J.Enderle, J.Bronzino. In Enderle J. Introduction to Biomedical Engineering / J.Enderle, J.Bronzino. – Elsevier Inc., 2012. - P. 360 - 445.
6. Enderle J. Physiological Modeling / J.Enderle. In Enderle J. Introduction to Biomedical Engineering / J.Enderle, J.Bronzino. – Elsevier Inc., 2012. - P. 693 - 798.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).