Кафедра трансляційної медичної біоінженерії

[BF40] Інформаційні технології та мікропроцесорна техніка у біомедичній інженерії

Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Рівень вищої освіти	Перший (бакалаврський)
Галузь знань	16 - Хімічна інженерія та біоінженерія
Спеціальність	163 - Біомедична інженерія
Освітня програма	163Б РБІ - Регенеративна та біофармацевтична інженерія (ЄДЕБО id: 32311)163Б РБІ+ - Регенеративна та біофармацевтична інженерія (ЄДЕБО id: 58754)
Статус дисципліни	Нормативна
Форма здобуття вищої освіти	Очна
Рік підготовки, семестр	3 курс, весняний семестр
Обсяг дисципліни	5.5 кред. (Лекц. 36 год, Практ. год, Лаб. 36 год, СРС. 93 год )
Семестровий контроль/контрольні заходи	Екзамен
Розклад занять	https://rozklad.kpi.ua
Мова викладання	Українська
Інформація про керівника курсу / викладачів	Лекц.: Бесараб О. Б., Лаб.: Бесараб О. Б.,
Розміщення курсу

Програма навчальної дисципліни

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

Що буде вивчатися
Використання сучасних інформаційних технологій та мікропроцесорної техніки для інформаційної, системно-аналітичної підтримки прийняття проектних рішень при розробці медичної техніки.

Чому це цікаво/треба вивчати
Ефективно вирішувати сучасні біомедичні задачі неможливо без застосування інформаційних технологій. В раках даного курсу здобувачі освоюють найбільш поширені інформаційні технології, що використовуються у вирішенні задач біомедичної інженерії.

Очікувані результати навчання:
Загальні компетентності (ЗК)
ЗК 1. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях
ЗК 2. Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності
ЗК 3. Здатність спілкуватися державною мовою як усно, так і письмово
ЗК 6. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел
ЗК 7. Здатність генерувати нові ідеї (креативність)

Спеціальні (фахові, предметні) компетентності (ФК)
ФК 1. Здатність застосовувати пакети інженерного програмного забезпечення для проведення досліджень, аналізу, обробки та представлення результатів, а також для автоматизованого проєктування медичних приладів та систем
ФК 3. Здатність вивчати та застосовувати нові методи та інструменти аналізу, моделювання, проєктування та оптимізації медичних приладів та систем
ФК 4. Здатність забезпечувати технічні та функціональні характеристики систем і засобів, що використовуються в медицині та біології (при профілактиці, діагностиці, лікуванні та реабілітації)
ФК 5. Здатність застосовувати фізичні, хімічні, біологічні та математичні методи в аналізі, моделюванні функціонування живих організмів та біотехнічних систем.
ФК 6. Здатність ефективно використовувати інструменти та методи для аналізу, проєктування, розрахунку та випробувань при розробці біомедичних продуктів і послуг
ФК 7. Здатність планувати, проєктувати, розробляти, встановлювати, експлуатувати, підтримувати, технічно обслуговувати, контролювати і координувати ремонт приладів, обладнання та систем для профілактики, діагностики, лікування і реабілітації, що використовується в лікарнях і науково-дослідних інститутах
ФК 10. Здатність застосовувати принципи побудови сучасних автоматизованих систем управління виробництвом медичних приладів, їх технічне, алгоритмічне, інформаційне і програмне забезпечення
ФК 12. Здатність проєктувати та організовувати виробничі процеси за участю біологічних об’єктів різних форм організації (біологічних агентів) для отримання продуктів біосинтезу чи біотрансформації оздоровчого, профілактичного або лікувального (біофармацевтичного) призначення або для розробки біомедичних технологій
ФК 13. Здатність до інтегрованого використання інженерних та біологічних методів для розробки, проєктування, реалізації регенеративних та біофармачевтичних технологій, а також інженерних основ трансляційної медицини

Програмні результати навчання
ПРН 2. Розуміти теоретичні та практичні підходи до створення та керування медичним обладнанням та медичною технікою
ПРН 4. 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.
ПРН 8. Вміти використовувати бази даних, математичне і програмне забезпечення для обробки даних та комп’ютерного моделювання біологічних і біотехнічних систем
ПРН 10. Здійснювати інженерний супровід, сервісне та інше технічне обслуговування при експлуатації лабораторно-аналітичної техніки, медичних діагностичних і терапевтичних комплексів та систем, а також оформляти типову документацію за видами робіт згідно з Технічним регламентом щодо медичних виробів, Технічним регламентом щодо медичних виробів для діагностики in vitro, Технічним регламентом щодо активних медичних виробів, які імплантують
ПРН 11. Вміти планувати, організовувати, направляти і контролювати медико-технічні та біоінженерні системи і процеси
ПРН 14. Вміти аналізувати сигнали, які передаються від органів на прилади, та проводити обробку діагностичної інформації
ПРН 15. Вміти аналізувати рівень відповідності сучасним світовим стандартам, а також оцінювати рішення і складати завдання на розробку автоматизованих систем управління з урахуванням можливостей сучасних технічних і програмних засобів автоматизації медичного обладнання
ПРН 16. Вміти складати завдання на розробку автоматизованих систем управління з урахуванням можливостей сучасних технічних і програмних засобів автоматизації медичного обладнання
ПРН 18. Вміти використовувати системи автоматизованого проєктування для розробки технологічної та апаратної схеми медичних приладів та систем
ПРН 20. Організовувати біоіженерні процеси в залежності від характеристики використовуваного біологічного об’єкта та/або кінцевого продукту

Інтегральна компетентність: Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми у біомедичній інженерії або у процесі навчання, що передбачає застосування певних теорій та методів хімічної, біологічної та медичної інженерії, і характеризується комплексністю та невизначеністю умов.

2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Вивченню дисципліни передує оволодіння курсів «Інформатика» та «Аналогова та цифрова схемотехніка».

Дана дисципліна покликана сформувати у студентів компетентності необхідні для успішного засвоєння матеріалу дисциплін «Автоматизація у біоінженерії» та «Біомедичні прилади, апарати і комплекси».

3. Зміст навчальної дисципліни

Розділ 1. Інформаційні технології

Системи управління базами даних;
Бази медичних даних;
Аналіз медичних даних (регресійний, дисперсійний, кластерний, дискримінантний);
Візуалізація медико-біологічних даних;
Обробка медичних зображень.

Розділ 2. Мікропроцесорна техніка

Загальні положення побудови мікропроцесорів;
Архітектура мікроконтролерів Atmega;
Програмування у середовищі Arduino IDE;
Автоматизоване проектування мікропроцесорних систем;
Аналіз сигналів з давачів на мікроконтролерах Atmega;
Розробка медичної техніки на мікроконтролерах Atmega;
Основи 3-D друку.

4. Навчальні матеріали та ресурси

Базова література

Проєктування інформаційних систем – 1. Бази даних. Лабораторний практикум [Електронний ресурс] : навч. посіб. для студ. спеціальності 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» / КПІ ім. Ігоря Сікорського ; уклад.: Л. Д. Ярощук, Є. О. Тюріна. – Електронні текстові данні (1 файл: 3,21 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. – 92 с. – Назва з екрана. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/47973
Остапченко, К. Б. Бази даних. Комп'ютерний практикум [Електронний ресурс] : навч. посіб. для здобувачів ступеня бакалавра за спеціальністю 126 Інформаційні системи та технології / К. Б. Остапченко ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 1,39 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. – 151 с. – Назва з екрана. ttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/47717
Добролюбова, М. В. Програмування баз даних: конспект лекцій [Електронний ресурс] : навч. посіб. для здобувачів ступеня бакалавра за освітньою програмою «Інформаційні вимірювальні технології» спеціальності 152 «Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка» / М. В. Добролюбова ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 8,63 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. – 275 с. – Назва з екрана. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/43918
Гавриленко, О. В. Навчальний посібник з дисциплін “Аналіз даних” та “Аналіз даних в управляючих системах” для студентів спеціальності 126 - Інформаційні системи та технології / О. В. Гавриленко ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 1,44 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 85 с. – Назва з екрана. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/38757
Біостатистика : підручник / [Грузєва Т. С., Лехан В. М., Огнєв В. А. та ін.] ; за заг. ред. Грузєвої Т. С. – Вінниця : Нова Книга, 2020. – 384 с.
Основи мікропроцесорної техніки: лабораторний практикум [Електроннийресурс] : навч. посіб. для студ. спеціальності 171 «Електроніка» / В.С.Баран,Г.Г.Власюк, Ю.О.Оникієнко, О.І.Смоленська ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. –Електронні текстові данні (1 файл: 3,42 Мбайт). – Київ : КПІ ім. ІгоряСікорського, 2019. –140 с. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/27992

Web-ресурси

https://www.kaggle.com/
https://zenodo.org/

Навчальний контент

5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Лекції проводяться за класичною схемою: у наочній формі лектор викладає відповідну тему. Під час лекції та після її закінчення здобувачі мають можливість ставити запитання. З окремих питань лекційного курсу може проводитися дискусія між лектором та здобувачами – або акцентувати увагу на важливих, принципових та проблемних моментах. Здобувачі можуть робити нотатки під час лекцій, а презентація та/або конспект лекції чи його фрагменти викладаються із можливістю завантаження на платформі дистанційного навчання «Сікорський».

Для закріплення лекційного матеріалу студенти отримують невелике завдання до кожної лекції (в рамках часу передбаченого на СРС пунктом 6 цього Силабусу).

Вказівки до лабораторних занять надаються викладачем із можливістю завантаження на платформі дистанційного навчання «Сікорський».

Лекційні та лабораторні заняття проводяться згідно розкладу занять http://rozklad.kpi.ua/. Деталізована інформація доводиться до відома здобувачів через відповідні канали зв’язку, зокрема через платформи «Сікорський» та «Кампус».

Теми лекційних занять

Основні відомості про бази даних та СУБД. Вступ до баз даних. Репозиторії медичних даних.
Інсталяція та ознайомлення з інтерактивною обчислювальною веб-платформою Jupyter Notebook.
Робота із фреймами даних. Імпорт та експорт даних фреймів.
Візуалізація медичних даних (одно та двовимірні побудови).
Візуалізація медичних даних (тривимірні побудови).
Методи статистичної перевірки гіпотез.
Кореляційних аналіз медичних даних.
Регресійний аналіз медичних даних.
Дисперсійний аналіз медичних даних.
Кластерний аналіз медичних даних.
Дискримінінтний аналіз медичних даних.
Методи попередньої обробки медичних зображень.
Колірні моделі.
Гістограмний аналіз і корекція медичних зображень.
Сегментація медичних зображень.
Аналіз аналогових сигналів з датчиків.
Фільтрація сигналів з датчиків.
Основи 3-д друку. Підведення підсумків.

Теми практичних занять

Застосування мікропроцесорної техніки в медицині. Ознайомлення із Arduino IDE. Програмне керування джерелом світлодіодним індикатором.
Відображення медичної інформації на світлодіодних індикаторах. Статична індикація.
Динамічна індикація.
Керування яскравістю індикації.
Використання регістрів зсуву для відображення медичної інформації.
Зчитування інформації з аналогових та цифрових входів.
Масштабування аналогових сигналів з датчиків.
Застосування мультиплексорів для збільшення кількості входів.
Використання рідкокристалічних дисплеїв для виведення інформації.
Відстежування кута повороту обертових механізмів.
Вимірювання температури та вологості.
Вимірювання відстані.
Використання модулю годинника реального часу.
Вимірювання пульсу та значення оксиметрії.
Керування кроковим двигуном.
Вивчення принципів роботи 3Д принтерів екструзійного типу.

Домашня контрольна робота присвячена питанням розробки баз даних.

6. Самостійна робота студента

Загальний об’єм самостійної роботи в рамках дисципліни складає 81 годину, зокрема:

підготовка до лекційних занять – 20 годин;
підготовка до лабораторних занять – 21 годин;
виконання ДКР – 10 години;
підготовка до екзамену – 30 годин.

Політика та контроль

7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Порушення термінів виконання завдань та заохочувальні бали

Здобувачам можуть нараховуватися заохочувальні бали. Сума заохочувальних балів не може перевищувати 10 балів.

Заохочувальні бали нараховуються за такі види діяльності:

створення інфографіки або іншого засобу графічної інтерпретації інформації для однієї з тем курсу (5 балів);
участь у міжнародних або всеукраїнських наукових конференціях, з’їздах тощо (за тематикою навчальної дисципліни) (за умови публікації тез доповідей) (5 балів);
підготовка рукопису оглядової чи експериментальної статті або участь у конкурсах (за умови зайняття призового місця) за тематикою навчальної дисципліни (10 балів).

Відвідування занять

Штрафні бали за відсутність на заняттях не виставляються. Однак, здобувачам рекомендується відвідувати заняття, оскільки на них викладається теоретичний матеріал та розвиваються практичні навички, необхідні для ґрунтовного формування відповідних компетентностей.

Система оцінювання орієнтована на отримання балів за активність студента, а також виконання завдань, які здатні розвинути практичні уміння та навички.

Пропущені контрольні заходи оцінювання

Контрольні заходи оцінювання, виконання яких передбачено на занятті, проводяться у завчасно визначений день, який оголошується здобувачам на першому тижні освітнього процесу. Виконання таких контрольних заходів оцінювання в інший день дозволяється за вагомих та/або форс-мажорних обставин.

У разі відсутності здобувача на лабораторному занятті, дане заняття відпрацьовуються наприкінці семестру, за попереднім узгодженням графіку із використанням дистанційних методів навчання.

Результат модульної контрольної роботи для здобувача, який не з’явився на контрольний захід, є нульовим. У такому разі, здобувач має можливість виконати модульну контрольну роботу у інший час за погодженням із викладачем. Перенесення строків проходження тесту можливе лише з поважних причин (форс-мажорні обставини).

Повторне тестування в рамках модульної контрольної роботи не передбачене.

Забезпечення об’єктивності оцінювання здобувачів

Об’єктивність оцінювання здобувачів на всіх етапах оволодіння дисципліною забезпечується через наступні механізми. По-перше, використання тестових форм оцінювання знань. По-друге, детальні рекомендації щодо рейтингової системи оцінювання результатів навчання (розділ 8 Силабусу). По-третє, використання здобувачами та викладачами всіх можливих інструментів комунікацій, що забезпечують збереження історії комунікацій (електронна пошта, соціальні мережі, месенджери тощо). По-четверте, для перевіряння письмових видів робіт здобувачів у разі їх незгоди із результатами оцінювання може залучатися інший викладач, який має відповідну професійну компетенцію та призначений кафедрою на поточний навчальний рік. У разі відсутності узгодженої думки викладачів щодо оцінки роботи здобувача питання виноситься на засідання кафедри, а врегулювання питання здійснюється згідно з «Положення про апеляції в КПІ ім. Ігоря Сікорського» http://osvita.kpi.ua/node/182.

Процедура оскарження результатів контрольних заходів оцінювання

В день оголошення результатів контрольного заходу, здобувач має право в індивідуальному порядку задати всі питання, які його цікавлять стосовно результатів контрольного заходу. Якщо здобувач не погоджуються з оцінкою, він має право звернутися із апеляційною заявою до деканату факультету, що регламентовано «Положенням про апеляції в КПІ ім. Ігоря Сікорського» https://osvita.kpi.ua/node/182.

Академічна доброчесність

У разі використання контенту, захищеного авторським правом, результатів аналітичних досліджень та/або іншої інформації, здобувачі мають обов’язково вказувати джерело.

Політика та принципи академічної доброчесності визначені у розділі 3 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (https://kpi.ua/code). У разі виникнення потреби у перевірці академічних текстів, підготовлених здобувачам, на наявність текстових запозичень здобувач може звернутися безпосередньо до викладача або відповідальної особи кафедри з питань перевірки академічних текстів.

Норми етичної поведінки

Норми етичної поведінки здобувачів і працівників визначені у розділі 2 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (https://kpi.ua/code).

Дистанційне навчання

Проходження он-лайн курсів передбачено у випадку форс-мажорних обставин (зокрема, карантинних заходів) та для інклюзивного навчання здобувачів із особливими потребами.

Інклюзивне навчання

Навчальна дисципліна розрахована на вивчення для здобувачів із особливими освітніми потребами, але слід враховувати велике навантаження на зоровий апарат. В залежності від особливих потреб здобувачів можливе використання дистанційного навчання.

8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Поточний контроль: Робота на лабораторних заняттях передбачає виконання завдання лабораторної роботи із оформленням результатів у вигляді звіту. Після подання звітів із усіх лабораторних робіт, та їх акцептування викладачем, здобувач допускається до захисту лабораторного практикуму. Захист відбувається у формі тестування, який оцінюється у 25 балів.

Під час семестру здобувачі виконують ДКР, яка оцінюється у 10 балів: повне розкриття питання – 10-8 балів, наявність незначних упущень – 7-6 бали, наявність незначних помилок – 5 балів, наявність суттєвих помилок – 1-4 балів.

Модульна контрольна робота (МКР) проводиться у вигляді тесту, який оцінюється у 25 балів.

Календарний контроль: провадиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу.

Семестровий контроль: екзамен. Максимальний бал, який можна отримати на іспиті – 40.

Умови допуску до семестрового контролю: семестровий рейтинг більше 36 балів.

Підсумкова оцінка розраховується як сума балів семестрового рейтингу + оцінка за екзамен.

За рішенням випускової кафедри підсумкова оцінка може бути розрахована шляхом масштабування шкали поточного рейтингу в 100 бальну.

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою

Кількість балів	Оцінка
100-95	Відмінно
94-85	Дуже добре
84-75	Добре
74-65	Задовільно
64-60	Достатньо
Менше 60	Незадовільно
Не виконані умови допуску	Не допущено

9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

Питання, що виносяться на семестровий контроль відповідають тематиці занять.

Визнання результатів навчання, набутих у неформальній/інформальній освіті, здійснюється згідно «Положення про визнання в КПІ ім. Ігоря Сікорського результатів навчання, набутих у неформальній/інформальній освіті» (https://osvita.kpi.ua/node/179).

Опис матеріально-технічного та інформаційного забезпечення дисципліни

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено Бесараб О. Б.;
Ухвалено кафедрою ТМБІ (протокол № 1 від 28.08.2023 )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 1 від 1.09.2023 )