Мікропроцесорні системи в техніці та медицині
Спеціальність: Мікро- та наносистемна техніка (освітньо-наукова програма)
Код дисципліни: 7.176.02.E.022
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 - атестований з оцінкою «відмінно» - Високий рівень: здобувач освіти демонструє поглиблене володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, системні знання, вміння і навички їх практичного застосування. Освоєні знання, вміння і навички забезпечують можливість самостійного формулювання цілей та організації навчальної діяльності, пошуку та знаходження рішень у нестандартних, нетипових навчальних і професійних ситуаціях. Здобувач освіти демонструє здатність робити узагальнення на основі критичного аналізу фактичного матеріалу, ідей, теорій і концепцій, формулювати на їх основі висновки. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку, самостійної науково-дослідної діяльності, що реалізується за підтримки та під керівництвом викладача. 87-71 балів - атестований з оцінкою «добре» - Достатній рівень: передбачає володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на підвищеному рівні, усвідомлене використання знань, умінь і навичок з метою розкриття суті питання. Володіння частково-структурованим комплексом знань забезпечує можливість їх застосування у знайомих ситуаціях освітнього та професійного характеру. Усвідомлюючи специфіку задач та навчальних ситуацій, здобувач освіти демонструє здатність здійснювати пошук та вибір їх розв’язання за поданим зразком, аргументувати застосування певного способу розв’язання задачі. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку. 70-50 балів - атестований з оцінкою «задовільно» - Задовільний рівень: окреслює володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на середньому рівні, часткове усвідомлення навчальних і професійних задач, завдань і ситуацій, знання про способи розв’язання типових задач і завдань. Здобувач освіти демонструє середній рівень умінь і навичок застосування знань на практиці, а розв’язання задач потребує допомоги, опори на зразок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативність та евристичність, домінування мотивів обов’язку, неусвідомлене застосування можливостей для саморозвитку. 49-00 балів - атестований з оцінкою «незадовільно» - Незадовільний рівень: свідчить про елементарне володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, загальне уявлення про зміст навчального матеріалу, часткове використання знань, умінь і навичок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативно-прагматичний інтерес.
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).