Бази даних в біомедичних інформаційно-комп'ютерних системах
Спеціальність: Біомедична інженерія (інтернет речей)
Код дисципліни: 6.163.03.O.037
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Електронні засоби інформаційно-комп'ютерних технологій
Лектор:
Гліненко Лариса Костянтинівна
Семестр: 7 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
інтегральна компетентність:
- Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми у біомедичній інженерії та інтернеті речей або у процесі навчання, що передбачає застосування певних теорій та методів хімічної, біологічної та медичної інженерії, і характеризується комплексністю та невизначеністю умов
загальні компетентності:
- ЗК1. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях
- ЗК2. Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності
- ЗК4. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій
- ЗК6. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел
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).
- ФК6. Здатність ефективно використовувати інструменти та методи для аналізу, проектування, розрахунку та випробувань при розробці біомедичних продуктів і послуг.
- ФК7. Здатність планувати, проектувати, розробляти, встановлювати, експлуатувати, підтримувати, технічно обслуговувати, контролювати і координувати ремонт приладів, обладнання та системи для профілактики, діагностики, лікування і реабілітації, а також пристрої інтернету речей, що використовується в лікарнях і науково-дослідних інститутах
Результати навчання: Внаслідок вивчення навчальної дисципліни студент повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
– розуміти основні принципи підходу концепції бази даних, основи проектування БД і застосування систем управління базами даних в системах біоінженерії;
– знати основи організації реляційних баз даних і засоби маніпулювання реляційними даними;
– знати та вміти проектувати схему реляційної бази даних на основі побудови ER діаграм, залучення теорії нормальних форм та процедур нормалізації;
– оголошувати, визначати і звертатися до схеми реляційних бази даних в середовищі реляційних систем управління базою даних, користуючись підмножиною мови опису даних SQL і засобами QBE;
– вміти побудувати запити до реляційної бази даних за допомогою SQL і бути здатними перетворити запити реляційної алгебри у запити на SQL;
– бути здатними застосувати отримані знання для розробки реляційної бази даних у СУБД Access, забезпечити реалізацію запитів та обмежень засобами QBE та SQL;
– знати сучасні тенденції у розвитку систем бази даних, розуміти зв’язок між традиційними реляційними базами даних і новими моделями даних;
– розуміти особливості проектування та застосування медичних баз даних;
– уміти представити результати проектування БД та обґрунтувати їх в процесі дискусії із іншими студентами
У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі програмні результати навчання
РН 1. ПР1. Застосовувати знання основ математики, фізики та біофізики, біоінженерії, хімії, інженерної графіки, механіки, опору та міцності матеріалів, властивості газів і рідин, електроніки, інформатики, отримання та аналізу сигналів і зображень, автоматичного управління, системного аналізу та методів прийняття рішень на рівні, необхідному для вирішення задач біомедичної інженерії.
РН 2. ПР5. 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
РН3. ПР8. Розуміти теоретичні та практичні підходи до створення та керування медичним обладнанням, медичною технікою та пристроями інтернету речей
РН4. ПР10. Вміти планувати, організовувати, направляти і контролювати медикотехнічні та біоінженерні системи і процеси.
РН5. ПР17. Вміти використовувати системи автоматизованого проектування для розробки технологічної та апаратної схеми медичних приладів та систем.
РН-10. КОМ1. Донесення до фахівців і нефахівців інформації, ідей, проблем, рішень та власного досвіду в галузі професійної діяльності.
РН-11. КОМ2. Здатність ефективно формувати комунікаційну стратегію
РН.12. АІВ1.Управління комплексними діями або проектами, відповідальність за прийняття рішень у непередбачуваних умовах.
РН 13. АІВ2. Відповідальність за професійний розвиток окремих осіб та/або груп осіб.
РН 14. АВ3. Здатність до подальшого навчання з високим рівнем автономності
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: - СК2.4. Основи теорії інформації та інформаційних систем
– СК2.6. Основи моделювання біотехнічних систем
– СК1.11, 1.12.Інформатика в біомедичній інженерії, ч. 1.2
Короткий зміст навчальної програми: У курсі вивчаються сутність концепції баз даних; етапи та підходи до їх проектування, архітектура та функції СУБД. Передбачається вивчення сучасних підходів до моделювання даних та організації баз даних, детально розглядаються основні етапи та засоби проектування реляційних баз даних, інструменти побудови інфологічної та логічної моделі бази даних, особливості побудови медичних баз даних. Вивчаються основи мови бази даних SQL та методи управління транзакціями; отримання знання будуть реалізовуватися в процесі виконання практичних завдань з застосування CASE–засобів та середовища сучасних СУБД.
Опис: 1. Основи концепції баз даних.
Дані та інформація. Збереження інформації в ЕОМ. Файлові системи. Підхід баз даних. Системи баз даних. Системи управління базами даних (СУБД). Архітектура і функції СУБД. Класифікація систем управління базами даних. 2. Основи моделювання та проектування БД.
Моделювання даних в процесі створення баз даних. Класичні (ієрархічна, мережева, реляційна) і сучасні (багатомірна, об’єктно-орієнтована, об’єктно-реляційна, документоорієнтована) моделі даних. Основні етапи проектування. Проектування БД як ітераційний процес створення моделей БД. Основні підходи до проектування БД .
3. Моделювання баз даних на концептуальному рівні представлення. Інфологічна модель “сутність-зв'язок”. Представлення даних за допомогою цієї моделі. Моделювання за допомогою моделі «сутність-зв'язок» (ER-діаграми). Типи сутностей, набори сутностей, атрибути, ключі. Відношення, типи відношень, набори відношень, ролі та характеристики відношень. Нотації ER-діаграми. Формалізація сутностей, атрибутів та зв’язків при переході до логічної моделі.
4. Основи реляційного підходу до організації БД.
Базові поняття реляційного моделювання даних. Основні (фундаментальні) властивості відношень у реляційних БД. Основні характеристики та переваги реляційної моделі даних. Базисні засоби маніпулювання реляційними даними. Основи реляційної алгебри та реляційного числення. Теоретико-множинні та спеціальні операції реляційної алгебри, їх інтерпретація.
5. Основи проектування реляційних баз даних. Нормалізація відношень в процесі проектування. Критерії якості логічних моделей БД. Функціональні залежності. Нормалізація відношень в процесі проектування БД Поняття нормальної форми БД та нормалізації. 1-а, 2-а і 3-я нормальні форми, алгоритм приведення моделі БД до них. Коректність процедури нормалізації. Особливості проектування медичних баз даних лікувально-діагностичного типу, EVA – модель БД. Нормальні форми вищих порядків: BCNF, 4-а та 5-а нормальні форми. Багатозначна залежність та залежність з’єднання. Алгоритм декомпозиції відношень у проектуванні схеми реляційної бази даних.
6. Мова реляційних БД SQL Основи SQL. Визначення об’єктів бази даних та типів даних в SQL. Специфікація обмежень в SQL. Представлення (віртуальні таблиці) в SQL. Основні SQL-запити на вибірку даних: прості та перехресні запити, запити з обчисленнями. Нетривіальні запити. Формування вкладених запитів та їх застосування. Запити SQL на модифікацію даних: вставку, видалення та оновлення даних. Додавання обмежень. Зміна і оновлення таблиць
7 Адміністрування баз даних. Основи управління транзакціями. Вимоги до властивостей транзакцій. Серіалізовані графіки транзакцій. Методики управління конфліктами. Метод двофазного блокування як метод управління конфліктами. Методи відновлення БД.
Бази даних та Інтернет. Інтернет-доступ до баз даних та публікація баз даних в Інтернеті.
8. Медичні бази даних. Класифікація та особливості медичних баз даних різного типу
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: Максимальна оцінка в балах 100
Поточний контроль (ПК) 40
- Захист лабораторних робіт – 16 балів
- Індивідуальні завдання – 10 балів
- Контрольні тестування – 14 балів
Разом за ПК 40 балів
Екзаменаційний контроль - 60 балів
- письмова компонента - 54 бали
- усна компонента - 6 балів
Разом за дисципліну 100 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. Електронний навчально-методичний комплекс «Бази даних в біомедичних інформаційно-комп'ютерних системах». Сертифікат № 03137 Е-41-122-71/2020 від 05.02.2020 р. http://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=5419
2. Берко А.Ю., Верес О.М., Пасічник В.В. Системи баз даних та знань. Книга 1. Організація баз даних та знань: навч. посібник. _ Львів: «Магнолія 2006»б 2008. – 456 с
3. Павлиш В.А., Гліненко Л.К. Основи інформаційних технологій і систем: навч. посібник / В.А.Павлиш, Л.К. Гліненко. - Львів: Видавництво львівської політехніки, 2013. - 500 с.
4. Collen Morris F. Computer Medical Databases: The First Six Decades (1950-2010) (Health Informatics) / Morris F. Collen. - Springer; 2012. – 288 р.
5. https://clinicaltrials.gov/ База Національної медичної бібліотеки США ClinicalTrials.gov
6. https://www.who.int/ictrp/search/en/WHO International Clinical Trials Registry Platform (ICTRP)
7. https://clinicaltrials.dec.gov.ua) Державний Реєстр Клінічних Досліджень в Україні
8. http://softwarestencils.com/uml/index.html Visio Stencil and Template for UML 2.5
9. https://www.globalclinicaltrialsdata.com/ GlobalClinicalTrialsData.com
10. http://www.physionet.org Веб-сайт PhysioNet з доступом до БД фізіологічних досліджень
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).