Rok akademicki: 2018/2019 Kod: EME s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Mikroelektronika w technice i medycynie Specjalność:

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Pomiary biomedyczne i technologiczne Rok akademicki: 2018/2019 Kod: EME s Punkty ECTS: 3 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Mikroelektronika w technice i medycynie Specjalność: Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 4 Strona www: Osoba odpowiedzialna: prof. dr hab. inż. Gajda Janusz (jgajda@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: prof. dr hab. inż. Gajda Janusz (jgajda@agh.edu.pl) mgr inż. Goral Adrian (goral@agh.edu.pl) Krótka charakterystyka modułu Moduł obejmuje 28h wykładu oraz 28h ćwiczeń laboratoryjnych. W ramach wykładu są omawiane podstawowe zagadnienia związane z pomiarami oraz błędami pomiaru i niepewnością wyniku pomiarowego, pomiarami temperatury w tym temperatury ludzkiego ciała, analizą chromatograficzną na przykładzie chromatografu gazowego, spektrofotometrią, pomiarami parametrów wybranych elementów układu oddechowego oraz gazometrią (oksymetria, kapnometria). Praktyczne zapoznanie się z tymi zagadnieniami jest możliwe podczas ćwiczeń laboratoryjnych. Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 Zna i rozumie podstawowe pojęcia z zakresu metrologii oraz specyfikę biopomiarów wynikającą z charakteru obiektów pomiaru oraz ich złożoności M_W002 Zna i rozumie metody stosowane w pomiarach temperatury, wybrane metody analizy (chromatografia, spektrofotometria) oraz wybrane metody pomiarów elektrochemicznych (potencjometria, pomiar ph ) M_W003 Zna i rozumie metody stosowane w diagnostyce układu oddechowego łącznie z monitorowaniem wymiany gazowej Umiejętności 1 / 5

2 M_U001 składu chemicznego wykorzystując wybrane metody analizy M_U002 z wykorzystaniem wybranych metod elektrochemicznych Aktywność na zajęciach, M_U003 wybranych parametrów fizjologicznych człowieka Kompetencje społeczne M_K001 Ma świadomość znaczenia biopomiarów dla kontroli procesów technologicznych i diagnostyki medycznej potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny Egzamin, Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład audytoryjne laboratoryjne projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 Umiejętności M_U001 M_U002 Zna i rozumie podstawowe pojęcia z zakresu metrologii oraz specyfikę biopomiarów wynikającą z charakteru obiektów pomiaru oraz ich złożoności Zna i rozumie metody stosowane w pomiarach temperatury, wybrane metody analizy (chromatografia, spektrofotometria) oraz wybrane metody pomiarów elektrochemicznych (potencjometria, pomiar ph ) Zna i rozumie metody stosowane w diagnostyce układu oddechowego łącznie z monitorowaniem wymiany gazowej składu chemicznego wykorzystując wybrane metody analizy z wykorzystaniem wybranych metod elektrochemicznych 2 / 5

3 M_U003 wybranych parametrów fizjologicznych człowieka Kompetencje społeczne M_K001 Ma świadomość znaczenia biopomiarów dla kontroli procesów technologicznych i diagnostyki medycznej potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Wprowadzenie do biopomiarów (4 godziny) Omówienie programu przedmiotu. Wstęp do biopomiarów: specyfika biopomiarów, podstawowe pojęcia z zakresu metrologii (pomiar, jednostka miary, wzorzec, przetwornik i przyrząd pomiarowy, charakterystyka statyczna, błąd pomiaru, błąd liniowości, błąd dynamiczny, czułość i stała przetwornika, niepewność pomiaru typu A i B). Podstawowe pojęcia z zakresu statystyki matematycznej i identyfikacji. Pomiary temperatury (4 godziny) Co to jest temperatura?, skale temperatur, czujniki stosowane do pomiaru temperatury, zjawiska odpowiedzialne za transport ciepła. Błędy stykowej metody pomiaru temperatury analiza zjawisk. Termometry optyczne pirometry. Metody pomiaru temperatury ludzkiego ciała i czynniki ograniczające dokładność. Wybrane metody analizy (8 godzin) Analiza chromatograficzna. Wyjaśnienie idei analizy chromatograficznej, chromatografia kolumnowa i planarna, chromatografia gazowa, cieczowa, jonowa i bibułowa lub cienkowarstwowa. Budowa chromatografu gazowego. Kalibracja jakościowa i ilościowa. Pojęcia podstawowe. Zjawisko dyfuzji i wpływ izotermy sorpcji. Dozowniki stosowane w chromatografii gazowej, kolumny chromatograficzne, gazy nośne i wybór OPPG, detektory. Kalibracja ilościowa analizatora chromatograficznego: z wzorcem zewnętrznym i z wzorcem wewnętrznym. Chromatografia preparatywna i procesowa. Spektrofotometria prawa absorpcji, zasada pomiaru stężenia, absorbancja i współczynnik absorpcji, addytywność absorbancji, przyczyny błędów pomiarowych, czynny przekrój cząsteczek na promieniowanie, dokładność pomiarów spektrofotometrycznych, analiza ilościowa, spektrofotometria różniczkowa, spektrofotometry i ich parametry. Pomiary elektrochemiczne (6 godzin) Podział metod elektrochemicznych, podstawy procesy utleniania i redukcji. Potencjometryczne metody pomiarowe: równanie Nernsta, wodorowe półogniwo standardowe, półogniwo kalomelowe, elektrody jonoselektywne, bezpośrednie metody potencjometryczne. Miareczkowanie potencjometryczne: idea, punkt równoważnościowy, punkt końcowy, techniki detekcji punktu końcowego. Pomiary ph. Pojęcie i interpretacja parametru ph, indykatory stosowane do oceny odczynu ph. Skala ph i jej modyfikacje. Półogniwo szklane stosowane w pomiarach ph. Pomiar ph metodą bezpośrednią kalibracja ph-metru, nieliniowość charakterystyki, błąd kwasowy i zasadowy. Pomiar ph metodą porównawczą. Elektrody kombinowane. 3 / 5

4 Elektrograwimetria prawa Faraday a i proces elektrolizy. Techniki realizacji metody grawimetrii, warunki poprawnego pomiaru metodą grawimetrii. Kulometria podstawy teoretyczne, układ do pomiarów kulometrycznych, kulometria bezpośrednia potencjostatyczna i amperostatyczna, miareczkowanie kulometryczne. Konduktometria idea i podstawy teoretyczne konduktometrii, podstawowe pojęcia: przewodność właściwa elektrolitu, przewodnictwo molowe, graniczne przewodnictwo molowe, prawo Kohlrauscha, przewodnictwo jonowe, prawo niezależnej migracji jonów, ruchliwość jonów, stopień dysocjacji elektrolitu, elektrolity mocne i słabe. Pomiary konduktometryczne: konduktometria bezpośrednia. Miareczkowanie konduktometryczne analiza przykładu, sposób wykrywania punktu końcowego. Konduktometria bezprzewodowa. Woltamperometria i polarografia: podstawy metod polarograficznych, podstawy metod woltamperometrycznych, techniki woltamperometryczne i polarograficzne. Jakościowa i ilościowa interpretacja woltamogramu. Pomiary parametrów układu oddechowego (5 godziny) Fizjologia oddychania, modelowanie układów pneumatycznych, modelowanie dróg oddechowych, ocena funkcji mięśni oddechowych. Ocena mechaniki oddychania u osób sztucznie wentylowanych, badania spirometryczne, pletyzmografia całego ciała, technika NEP, technika przerwanego przepływu oddechowego, technika wymuszonych oscylacji, metoda ujemnych impulsów ciśnienia. Monitorowanie wymiany gazowej (3 godziny) Gazometria: wymiana gazowa, monitorowanie wymiany gazowej, czujniki pomiarowe stosowane w gazometrii, oksymetria, kapnometria. laboratoryjne Laboratoryjne 1.Podstawowe pomiary medyczne. 2.Pomiary czynności mechanicznej układu oddechowego. 3.Elektromiografia. 4.Fotopletyzmografia, Pulsoksymetria. 5.Chromatografia. 6.Spektrofotometria UV-Vis. 7.Pomiary termograficzne. 8.Pomiary ph, koduktometryczne, lepkości. Sposób obliczania oceny końcowej Warunki zaliczenia laboratorium: 1. Wykonanie wszystkich zaplanowanych ćwiczeń laboratoryjnych. 2. Wykonanie i oddanie w wyznaczonym terminie sprawozdań ze wskazanych ćwiczeń. 3. Rozwiązanie testów sprawdzających przygotowanie do wykonywanego ćwiczenia (przed każdymi zajęciami). 4. Napisanie kolokwium końcowego obejmującego cały program laboratorium. 5. Uzyskanie łącznie co najmniej 50% punktów w kategoriach wymienionych w punktach 2, 3 i 4 z wagami: 0,4 za sprawozdania, 0,3 za testy sprawdzające i 0,3 za kolokwium końcowe. Warunki zaliczenia modułu: 1.Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej z modułu jest otrzymanie pozytywnej oceny z zajęć laboratoryjnych. 2.Ocena końcowa jest wyliczana jako średnia ważona ocen z zajęć laboratoryjnych wpisanych do systemu Syllabus Wymagania wstępne i dodatkowe 4 / 5

5 Znajomość podstaw chemii i metrologii Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. Brandt S.: Analiza danych, PWN, 1998, 2. Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000 Biopomiary, pod redakcją M.Nałęcza, EXIT, Inżynieria Biomedyczna, praca zbiorowa pod red. R. Tadeusiewicza, UWND AGH, 2008r. 4. Kabza Z. i inni: Metrologia mikroklimatu pomieszczenia. Wyd. Pol. Opolskiej Laboratorium zintegrowanych czujników pomiarowych. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice Michalski L., Eckersdorf K., Kucharski J.: Termometria. Przyrządy i metody. Wyd. Pol. Łódzkiej, Tadeusiewicz R., Izworski A., Majewski J.; Biometria, Wydawnictwa AGH, Kraków, 1993r. 8. Gajda J. Biopomiary, Wydawnictwa AGH, Kraków, 2010r. 9. Podstawy inżynierii biomedycznej. Praca zbiorowa pod redakcją R.Tadeusiewicza i P. Augustyniaka, Wydawnictwa AGH, Kraków, 2009r. Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu 1. Biopomiary. Wydawnictwa AGH, Kraków 2010r, Janusz GAJDA 2. Quantification of linear and non-linear acoustic analysis applied to voice pathology detection Information technologies in biomedicine, Vol. 4 / eds. Ewa Piętka, Jacek Kawa, Wojciech Więcławek. Cham [etc.] : Springer International Publishing, cop (Advances in Intelligent Systems and Computing ; ISSN ; vol. 284). ISBN: ; e-isbn: S Bibliogr. s , Abstr. Daria PANEK, Andrzej SKALSKI, Janusz GAJDA 3. Analiza ruchu strun głosowych w oparciu o wysokoczęstotliwościowe endoskopowe zapisy video, [Motion analysis of vocal folds based on high-speed videoendoscopy], D. PANEK, A. SKALSKI, J. GAJDA, T. ZIELIŃSKI, D. D. Deliyski. I międzynarodowa konferencja naukowa Nauka w technice, środowisku, medycynie i sporcie ; XI ogólnopolska konferencja Problemy naukowo-techniczne w wyczynowym sporcie żeglarskim : 6 16 maja 2015, Włochy, Palermo Civitavecchia. ISBN: S Voice pathology detection by fuzzy logic, Daria PANEK, Andrzej SKALSKI, Janusz GAJDA IEEE international Instrumentation and Measurement Technology Conference : May 11 14, 2015, Pisa, Italy. e-isbn: S Wpływ długości fonacji na ilość informacji zawartej w sygnale głosu ludzkiego The effect of phonation time on the amount of information contained in the signal. Daria PANEK, Andrzej SKALSKI, Janusz GAJDA, Przegląd Elektrotechniczny; ISSN R. 91 nr 5, S Zastosowanie metody zbiorów poziomicowych do wyodrębniania struktur naczyniowych w obrębie nerki w celu minimalizacji inwazyjności zabiegów onkologicznych The application of the level set method to extract vascular structures in the kidneys in order to minimize invasiveness of oncological surgeries. Katarzyna BUGAJSKA, Andrzej SKALSKI, Tomasz Drewniak, Janusz GAJDA, Przegląd Elektrotechniczny; ISSN R. 91 nr 5, s Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Przygotowanie do zajęć Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 28 godz 28 godz 10 godz 20 godz 86 godz 3 ECTS 5 / 5