Мікропроцесорні системи в техніці та медицині
Спеціальність: Мікро- та наносистемна техніка (освітньо-наукова програма)
Код дисципліни: 7.176.02.E.024
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Напівпровідникова електроніка
Лектор: Греб Василь Миколайович
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування та розвиток у студентів компетентностей:
інтегральної:
Здатність розв’язувати складні задачі та проблеми під час професійної діяльності у сфері мікро- та наносистемної техніки або у процесі навчання, що передбачає проведення досліджень та/або здійснення інновацій та характеризується комплексністю та невизначеністю умов і вимог;
загальних:
ЗК1. Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу;
ЗК2. Здатність спілкуватися державною мовою як усно, так і письмово;
ЗК4. Здатність проводити дослідження на відповідному рівні.
ЗК5. Здатність до пошуку, оброблення та критично аналізувати інформацію з різних джерел;
ЗК6. Здатність генерувати нові ідеї (креативність);
ЗК7. Навички міжособистісної взаємодії;
ЗК8. Здатність спілкуватися з представниками інших професійних груп різного рівня (з експертами з інших галузей знань/видів економічної діяльності);
фахових:
СК1. Здатність ефективно використовувати складне контрольно-вимірювальне, технологічне та дослідницьке обладнання, яке застосовується при дослідженнях та виробництві матеріалів, компонентів, приладів і пристроїв мікро- та наносистемної техніки.
СК2. Здатність здійснювати тестування та діагностику приладів та обладнання, а також оброблення і аналіз отриманих результатів.
СК3. Здатність аналізувати та синтезувати мікро- та наноелектронні системи різного призначення.
СК4. Здатність розробляти, обґрунтовано вибирати і використовувати сучасні методи обробки та аналізу сигналів в мікро- і наноелектронних приладах та системах.
СК5. Здатність аргументувати вибір методів розв’язання складних задач і проблем мікро- та наносистемної техніки, критично оцінювати отримані результати та аргументувати прийняті рішення.
СК9. Здатність використовувати професійні знання, практичні навички і системний підхід до дослідження і розроблення матеріалів, технологій та приладів і пристроїв на їхній основі для мікро- та наносистемної техніки.
Результати навчання: Р1. Формулювати і розв’язувати складні інженерні, виробничі та/або наукові задачі під час проектування, виготовлення і дослідження мікро- та наносистемної техніки, оцінки можливості доведення отриманих рішень до рівня конкурентоспроможних розробок, створення конкурентоспроможних розробок, втілення результатів у бізнес-проектах
Р2. Визначати напрями, розробляти і реалізовувати проекти модернізації виробництва мікро- та наносистемної техніки з урахуванням технічних, економічних, правових, соціальних та екологічних аспектів.
Р3. Оптимізувати конструкції систем, пристроїв та компонентів мікро- та наносистемної техніки, а також технології їх виготовлення.
Р4. Застосовувати спеціалізовані концептуальні знання, що включають сучасні наукові здобутки, а також критичне осмислення сучасних проблем у сфері мікро- та наноелектроніки, для розв’язування складних задач професійної діяльності.
Р6. Розробляти вироби та компоненти мікро- та наносистемної техніки, враховуючі вимоги до їх характеристик, технологічні та ресурсні обмеження; використовувати сучасні інструменти автоматизації проектування.
Р7. Розв’язувати задачі синтезу та аналізу приладів та пристроїв мікро- та наносистемної техніки.
Р9. Забезпечувати якість виробництва; обирати технології, що гарантують отримання необхідних характеристик виробів; застосовувати сучасні методи контролю мікро- та наносистемної техніки.
Р11. Досліджувати процеси у мікро- та наноелектронних системах, приладах й компонентах з використанням сучасних експериментальних методів та обладнання, здійснювати статистичну обробку та аналіз результатів експериментів.
Р17. Вміти застосувати системний підхід до досліджень і розроблення матеріалів, технології та приладів і пристроїв на їхній основі для мікро- та наносистемної техніки.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни
1 Загально-освітні та професійні дисципліни підготовки в галузях суміжних до "Електроніка, автоматизація, електронні комунікації",
включаючи дисципліни “Мікропроцесорна техніка”, “Цифрова схемотехніка”, “Аналогова схемотехніка”, тощо.
Супутні і наступні навчальні дисципліни:
1 Фізичні методи діагностики у медицині
2 Електронна апаратура для медичної діагностики
Короткий зміст навчальної програми: Курс дисципліни складається з лекцій (30 год) та практичних занять (15 год), а також включає самостійну роботу студентів (105 год). Лекційний курс охоплює основні поняття та принципи побудови та функціонування мікропроцесорних систем, їх роль у сучасній техніці. Особлива увага приділяється основам функціонування мікропроцесорних систем контролю, що застосовуються в медико-діагностичних пристроях, які призначені для моніторингу життєвих показників, проведення хірургічних операцій та лікувально-профілактичних процедур. Практичні заняття передбачають розробку, тестування та налагодження простих мікропроцесорних систем для використання в медицині, таких як сенсори, пристрої для вимірювання деяких біофізичних показників стану здоров’я людини, а також системи збору та обробки медичних даних. Підсумкова оцінка з дисципліни включає оцінку за екзаменаційну та контрольну роботи, а також оцінки за виконання практичних та індивідуальних завдань.
Опис: Лекції:
1 Архітектурні особливості систем мікропроцесорного керування медичними системами діагностики у масштабі реального часу.
2 Сучасні контролери для мікропроцесорного керування медичними системами для діагностики та лікування людини.
3 Створення технологічних циклограм під мікропроцесорне управління медичними системами для діагностики та лікування людини.
4 Автоматизовані медичні системи багатоканального моніторингу фізіологічних процесів людини. Медичні системи для діагностики та лікуванню людини в офтальмології.
5 Спеціалізовані медичні системи радіодіагностики
6 Спеціалізовані медичні системи рентгенодіагностики
7 Принципи автоматизації магніто-резонансних томографів
8 Спеціалізоване медичне обладнання ультразвукової діагностики
9 Автоматизація експериментальних комплексів апаратури для лазерної термотерапії та хірургії.
10 Можливості клінічного використання автоматизованих систем електропунктурної діагностики.
11 Автоматизація експериментальних комплексів апаратури для стоматології.
12 Використання мікроконтролерів в імплантатах штучних органів та кінцівок людини.
Практичні заняття
1 Апаратно-програмне забезпечення біотехнічних та медичних апаратів та систем
2 Системи мікропроцесорного керування для медицині
3 Принципи побудови мережі в медично-діагностичних системі медичного закладу
4 Організація системи збору медично-діагностичних показників здоров'я та встановлення лікування
5 Протоколи передачі даних у медичній техніці
6 Технічне забезпечення для проведення віддаленого хірургічного втручання
7 Використання машинного навчання в діагностиці та лікуванні
Перелік індивідуальних домашніх завдань
1 Архітектура та алгоритми роботи мікропроцесорних систем для моніторингу критичних показників здоров’я людини
2 Системи моніторингу життєвих показників пацієнта: від мікропроцесора до хмари
3 Архітектура PACS (Picture Archiving and Communication System) для роботи з медичними зображеннями
4 Методи збору та обробки біомедичних сигналів (ЕКГ, ЕЕГ, SpO2)
5 Інтерфейси для обміну даними: UART, SPI, I2C у медичній апаратурі
6 Обробка медичних даних для тренування моделей машинного навчання
7 Роль FPGA (Field-Programmable Gate Array) у високопродуктивних медичних системах
Методи та критерії оцінювання: Перевірка засвоєння знань студентом та досягнення програмних результатів навчання здійснюється у формі поточного контролю та семестрового контролю у формі екзамену. Оцінки поточного контролю виставляються під час аудиторних занять шляхом оцінювання захисту звітів практичних робіт (до 30 балів максимально), виконання індивідуальних домашніх завдань (до 5 балів максимально). Семестровий контроль у формі екзаменаційної роботи передбачає письмову компоненту у вигляді тесту із трьох рівнів складності та усну компоненту, яка при індивідуальному опитуванні дозволяє додатково виявити глибину знань здобувача, його здатність використовувати набуті знання, а також здібності до аналізу, синтезу, комунікації.
Робота в умовах дистанційного навчання може передбачатися згідно з Наказом Ректора у разі неможливості очного навчання в аудиторіях. При цьому, лекції та окремі види практичних занять можуть проводитися на платформі MS Teams, Zoom або Google Meet. Виконання контрольних заходів може здійснюватися засобами ВНС одночасно для усієї групи з однією спробою, а звіти про виконання практичних та індивідуальних домашніх робіт у цьому разі надсилаються у відповідну теку ВНС або на електронну скриньку викладача у домені @lpnu.ua.
Критерії оцінювання результатів навчання: Практичні роботи - 30 б
Контрольна робота - 5 б
Iндивідуальні домашні завдання - 5 б
Екзаменаційна робота - 60
Загальна оцінка - 100
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: Рекомендована література
Базова
1. Конспект лекцій з вивчення дисципліни «Нанотехнології в біології та медицині» для студентів спеціальності 163 - Біомедична інженерія освітня програма Біомедична інженерія / Уклад. С.В. Павлов. Л.Г. Коваль. – Вінниця : ВНТУ, 2020.
2. Конспект лекцій вивчення дисципліни «Моделювання біомедичних комп’ютерних систем» для студентів спеціальності 7.05080102 "Фізична та біомедична електроніка" / Уклад. А.І. Трикіло. – Дніпродзержинський державний технічний університет, 2013.
3. Біомедичні електронні системи. Конспект лекцій [Електронний ресурс]: навч. посіб. для студ. спеціальності 153 «Мікро- та наносистемна техніка», освітньої програми «Електронні мікро- і наносистеми та технології» / КПІ ім. Ігоря Сікорського; уклад.: Н.Г. Іванушкіна, К.О. Іванько, А.О. Попов, Є.С.Карплюк, О.П. Шуляк. – Електронні текстові данні (1 файл: 10 406 Кбайт). – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 113 с.
4. Holger Karl, Andreas Willig. Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks. Wiley, 2005. doi: 10.1002/0470095121
5. Geron A. Hands-On Machine Learning with Scikit-Learn, Keras, and TensorFlow. O’Reilly Media, 2019.
6. Fong B., Fong A.C.M., Li C.K. (2010). Telemedicine Technologies. doi:10.1002/9780470972151
7. Bruce E.N. Biomedical Signal Processing and Signal Modeling. Wiley-IEEE Press, 2001.
Допоміжна
1. Дворак М.М. Мікропроцесорні пристрої: Навчальний посібник. – Керч: Видавницький центр КДМТУ, 2006. - 150 с.
2. Грищук Ю.С. Мікропроцесорні пристрої: Навчальний посібник. –. Харків: НТУ - 2007. - 280 с.
3. Якименко Ю. І., Терещенко Т. О., Сокол Є. І., Жуйков В. Я., Петергеря Ю. С. Мікропроцесорна техніка: Підручник для студентів технічних спеціальностей ВНЗ, Політехніка: Кондор. - 2008 р. - 594 с.
4. Медичні мікропроцесорні системи: Практикум [Електронний ресурс]: навч. посіб. для студ. спеціальності 163 «Біомедична інженерія» та 152 «Метрологія та інформаційновимірювальна техніка»/ В.В. Шликов; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові данні (1 файл: 2,2 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2018. – 111 с
5. Шульга О.В. Конспект лекцій з дисципліни “Електропривод і автоматизація роботів і маніпуляторів” для студентів спеціальності 7.092203 “Електротехнічні системи автоматизації та електропривод” у всіх форм навчання. Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка.
6. Кравчук С.Ю., Лазар А.П. Медична радіологія: Навчальний посібник. – Чернівці: Місто, 2008. – 336 с.: іл
Інформаційні ресурси
1. https://www.coursera.org/
2. https://www.udemy.com/
3. https://www.usa.philips.com/healthcare
4. https://www.siemens-healthineers.com/
5. https://www.gehealthcare.com/
6. https://www.abbott.com/
7. https://www.jnjmedicaldevices.com/
8. https://www.fujifilmhealthcare.com/
9. https://www.medtronic.com/
10. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/
11. https://medlineplus.gov/
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).