(УН) (ауд. 321, 322, корпус 16

УТВЕРЖДАЮ
Директор института ИНК
___________ В.А. Клименов
«____»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП
201000 БИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА)
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ, СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011
КУРС 1
СЕМЕСТР 2
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
4
ПРЕРЕКВИЗИТЫ
М1.Б1
КОРЕКВИЗИТЫ
г.
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
9
час.
Практические занятия
27
час.
Лабораторные занятия
36
час.
час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
72
час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 72
час.
ИТОГО
144
час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
кафедра промышленной и
медицинской электроники Института неразрушающего контроля
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ_____________( Г.С. Евтушенко)
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
_______________ (А.А.Аристов)
______________ (К.С. Бразовский)
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
Целью учебной дисциплины является:
в области обучения – формирование специальных знаний, умений, систематизированного описания современных методов медико – биологических исследований с точки зрения
медицинской электроники, медицинской информатики и медицинской кибернетики. Изучение современных технологий получения медико – биологических данных на основе информационных систем
в области воспитания – научить эффективно работать индивидуально и в команде,
проявлять умения и навыки, необходимые для профессионального, личностного развития;
в области развития – подготовка студентов к дальнейшему освоению новых профессиональных знаний и умений, самообучению, непрерывному профессиональному самосовершенствованию.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина М2.В4 «Системы обработки и отображения информации» относится к вариативной части профессионального цикла дисциплин. Пререквизитом данной дисциплины
является Б3.В.1.3 «Конструирование электронных медицинских приборов и аппаратов», которая преподается в предыдущем семестре. Предварительно должны быть обязательно изучены такие дисциплины как Б3.В1 «Цифровые устройства», Б3.В.1.1 «Основы микропроцессорной техники».
3.
Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен будет:
знать
 Основы электрофизиологии биологических объектов и человека
 Законы и физику образования биоэлектрической активности биологических систем
 Принципы получения и виуализации медицинских изображений, включая вычислительную томографию
 Алгоритмы обработки биологических сигналов
Уметь
 Проводить цифровую обработку электрокардиограмм и других видов сигналов
 Регистрировать различные виды биологических сигналов включая ЭКГ, ЭЭГ.
владеть методами (приёмами)
 Регистрации и обработки сигналов биологического происхождения
 Исследования электрических характеристик биологических тканей
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) способность стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);
способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования,
теоретического и экспериментального исследования (ОК-10).
2. Профессиональные –
способностью использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных дисциплин магистерской программы (ПК-1)
способностью проектировать устройства, приборы, системы и комплексы биомедицинского и экологического назначения с учетом заданных требований (ПК-9)
2
способностью ставить задачи исследования, выбирать методы экспериментальной работы, интерпретировать и представлять результаты научных исследований (ПК-19)
4. Структура и содержание дисциплины
4.1 Содержание разделов дисциплины:
Раздел 1. Электрофизиология. Биопотенциалы.
Математическая электрофизиология. Уравнения Максвелла. Потенциал электрического поля
в объемном проводнике. Формирование биопотенциалов. Регистрация биопотенциалов на
примере электрической активности сердца. Основы цифровой фильтрации биопотенциалов
Практические занятия
Лабораторные работы
Лабораторная работа № 1. Регистрация электрической активности сердца на поверхности тела
Раздел 2. Методы цифровой обработки электрокардиограмм
Алгоритмы выделения характерных точек электрокардиограммы. Измерение амплитудных и
временных параметров кардиоцикла. Автоматическое формирование электрокардиографических заключений
Практические занятия
Обнаружение QRS – комплекса
Измерение временных характеристик компонентов кардиоцикла
Лабораторные работы
Лабораторная работа № 2 Измерение амплитудных и временных параметров кардиоцикла
Раздел 3. Электрические сигналы головного мозга
Электроды для ЭЭГ. Приборы для регистрации ЭЭГ. Размещение электродов. Методы
цифровой пространственной обработки электроэнцефалограмм. Анализ вызванных потенциалов головного мозга
Практические занятия
Методики исследования вызванных потенциалов
Анализ связей между отдельными участками мозга
Лабораторные работы
Лабораторная работа № 3. Проведение исследования и анализ ЭЭГ.
Раздел 4. Регистрация медицинских изображений. Вычислительная томография
Формирование изображения объекта. Реконструкция изображений по проекциям. Получение магниторезонансных изображений. Ультразвуковая визуализация.
Практические занятия
Особенности программного обеспечения для визуализации
ультразвуковых изображений
Электроимпедансная томография
Лабораторные работы
Лабораторная работа № 4. Визуализация с помощью ультразвукового сканирования
Лабораторная работа № 5. Исследование электрического импеданса биологических тканей.
Раздел 5. Адаптивное биоуправление: сущность метода, физиологические
основы, области применения
3
Физиологические основы эффектов биологической обратной связи. Области применения БОС-тренинга. Методики биоуправления. Модель функциональной системы. Предполагаемые механизмы коррекционного воздействия БОС –тренинга.
Практические занятия
Выбор оптимального сигнала обратной связи
Выбор регулируемого параметра
Лабораторные работы
Лабораторная работа № 6 Реализация алгоритмов цифровой обработки сигналов
4.2 В таблице 1 приведена структура дисциплины по разделам и видам учебной деятельности с указанием временного ресурса в часах.
Таблица 1.
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
Аудиторная работа (час)
СРС
Лек- Практ./сем.
Лаб. зан. (час)
ции
Занятия
1. Электрофизиология.
1
0
6
14
Биопотенциалы.
2. Методы цифровой обработки электрокардио2
6
6
14
грамм
3. . Электрические сигна2
6
6
14
лы головного мозга
4. Регистрация медицинских изображений. Вы2
6
12
14
числительная томо-графия
5. Адаптивное биоуправление: сущность метода,
физиологические
2
7
6
16
основы, области применения
Итого
9
27
36
Колл,
Контр.Р.
Итого
21
КР.1
28
28
Кр.2
34
31
72
144
5. Образовательные технологии
Специфика сочетания методов и форм организации обучения отражается в матрице
(см. табл. 2).
Таблица 2.
Методы
IT-методы
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лаб.
Пр. зан./ Тр*.,
Лекц.
раб.
Сем.,
Мк**
СРС
КП

4
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного
обучения
Обучение
на основе опыта
Опережающая самостоятельная работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский
метод
Междисциплинарное
обучение
* - Тренинг, ** - Мастер-класс












6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Приводится характеристика всех видов и форм самостоятельной работы студентов,
включая текущую и творческую/исследовательскую деятельность студентов:
6.1
Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний
студента, развитие практических умений:
- работа с лекционным материалом;
- подготовка к лабораторным занятиям;
- обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально
заданной проблеме курса
(рекомендуется в случае недостаточного усвоения
материала, а также студентам, пропустившим аудиторные занятия по какой-либо
теме);
- опережающая самостоятельная работа;
- изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку (используется для тем, не
вошедших из-за недостатка времени в лекционный курс, но имеющих
непосредственное отношение к данной дисциплине);
- подготовка к контрольным работам, экзамену.
-
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР):
поиск, анализ, структурирование информации
6.2.
Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
 Получение магниторезонансных изображений.
 Ультразвуковая доплерография
 Анализ связей между отдельными участками мозга
6.3
Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм:
самоконтроль и контроль со стороны преподавателей. В частности, предусмотрена
процедура защиты лабораторных работ.
6.4
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
5
Пеккер Я.С., Бразовский К.С. Компьютерные технологии в медико – биологических исследованиях. Сигналы биологического происхождения и медицинские изображения. Учебное
пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2002. – 240 с.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Качество освоения дисциплины оценивается согласно кредитно-рейтинговой системе
организации учебного процесса в Институте неразрушающего контроля.
В течение семестра предусмотрены две конференц-недели (на 9 и 18 неделях). Первая
конференц-неделя нацелена на развитие коммуникативной составляющей общекультурных
компетенций, вторая – призвана подвести итоги по данной дисциплине в семестре (отчетная,
контролирующая функции).
Рейтинг-план рассчитывается из 100 баллов на текущую успеваемость: 60 баллов выделяется на выполнение обязательных видов занятий (лабораторные работы); 40 баллов – на
рубежный контроль (контрольные работы). Студент, выполнивший и защитивший курсовой
проект, выполнивший обязательные пункты рейтинг-плана и набравший по итогам текущей
успеваемости не менее 51 балла, допускается к экзамену.
Промежуточная аттестация (в конце семестра) предусматривает экзамен. Экзаменационный билет включает два теоретических вопроса и одну задачу. Оценка по результатам экзамена выставляется по 100-балльной и по 5-балльной системе.
Рейтинг-план дисциплины приведен в отдельном файле.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Список основной литературы
1. Биоуправление: теория и практика / Новосибирск: Наука, 1988. (ред. Штарк
М. Б., Василевский Н. Н.)
2. Биоуправление-2: теория и практика / Новосибирск: Наука, 1993. (ред. Штарк
М. Б.)
3. Биоуправление-3: теория и практика / Новосибирск: Наука, 1998. (ред. Штарк
М. Б.)
5. Гнездицкий В.В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография (картирование и локализация источников электрической активности мозга).
– Таганрог: Издательство ТРТУ. – 2000. – 640 с.
6. Данилова Н.Н., Крылова А.Л. Физиология высшей нервной деятельности. –
М: Изд-во МГУ. – 1989. – 399 с.
8. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры,
алгоритмы, средства проектирования. – СПб.: Политехника. -1999. – 592 с.
9. Мурашко В.В., Струтынский А.В. Электрокардиография: Учебное пособие. –
М: МЕДпресс. – 2000. – 312 с.
11. Плонси Р., Барр Р. Биоэлектричество. Количественный подход. (Пер. с
англ.) – М: Мир. - 1991. – 366 с.
12. Применение цифровой обработки сигналов / Под ред. Э. Оппенгейма 240
(Пер. с англ.) – М: Мир, 1980. – 552 с.
13. Сосулин Ю.Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов.
– М: Советское радио. – 1978. – 320 с.
15. Технические средства медицинской интроскопии / Под ред. Б.И.Леонова. –
М: Медицина. – 1989. – 304 с.
6
17. Физика визуализации изображений в медицине: В 2-х томах. / Под ред.
С.Уэбба (Пер. с англ.). – М: Мир. – 1991. – 816 с.
18. Цифровые процессоры обработки сигналов: Справочник / Под ред.
А.Г.Остапенко – М: Радио и связь. - 1994. – 366 с.
19. Чирейкин Л.В., Шурыгин Д.Я., Лабутин В.К. Автоматический анализ электрокардиограмм. – Л: Медицина. – 1977. - 248 с.
Дополнительная литература:
4. Гнездицкий В.В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике. - Таганрог: Издательство ТРТУ. – 1997. – 252 с.
7. Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография (с элементами эпилептологии). – Таганрог: Издательство ТРТУ. – 1996. – 358 с.
10. Патологическая физиология / Под ред. А.А.Адо, В.В.Новицкого. – Томск:
Изд-во Томского Университета. - 1994. – 468 с.
14. Справочник по функциональной диагностике в педиатрии / Под ред.
Ю.Е.Вельтищева, Н.С.Кисляк – М: Медицина - 1979. – 624 с.
16. Титомир Л.И. Электрический генератор сердца. – М: Наука. – 1980. – 371 с.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Лаборатория электронно-медицинской аппаратуры (УН) (ауд. 321, 322, корпус 16-в ТПУ)
1. Комплекс диагностический КТД8 –2 шт.
2. Индикатор потока крови ИП-1 – 2 шт.
3. Фотоколориметр однолучевой КФО – 1 шт.
4. Ионометр ЭВ-74 – 1 шт.
5. Реограф РГ 4-01 – 1 шт.
6. Электрокардиограф ЭК1К-01 – 1 шт.
7. Электрокардиограф ЭК1К-04К – 1 шт.
8. Электрокоагулятор ЭК 30 В1 – 2 шт.
9. Ритмокардиометр РКМ-01 – 1 шт.
10. Аппарат “Электросон” – 1 шт.
11. Рефлекс 3-10 – 1 шт.
12. УВЧ прибор “Минитерм” – 1 шт.
13. Кардиоскоп (бимонитор) – 1 шт.
14. Дефибриллятор ИД-66 – 1 шт.
15. Кардиокомплекс-3 – 1 шт.
16. Ларингоскоп ЭЛК-03 – 1 шт.
17. Усилитель электрометрический – 1 шт.
18. Микроскоп Микомед-1 – 1 шт.
19. Осциллограф С1-82 – 1 шт.
20. Осциллограф С1-83 – 1 шт.
21. Осциллограф С8-13 – 1 шт.
22. Источник питания Б5-47 – 2 шт.
23. Вольтметр В7-23 – 2 шт.
24. Вольтметр В7-34A – 1 шт.
25. Частотомер Ч3-38 – 1 шт.
26. Частотомер Ч3-35 – 1 шт.
7
27. Генератор Г6-26 – 1 шт.
28. Генератор Г3-109 – 1 шт.
29. Спирометр сухой – 5 шт.
30. Весы лабораторные – 1 шт.
31. Лабораторная посуда.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки 201000 БИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ.
Программа одобрена на заседании
кафедры промышленной и медицинской электроники
Института неразрушающего контроля
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).
Автор: Бразовский К.С.
Рецензент(ы) __________________________
8