Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Pomiary biomedyczne i technologiczne
Tok studiów:
2017/2018
Kod:
EME-1-404-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Mikroelektronika w technice i medycynie
Semestr:
4
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
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 ME1A_W01 Wynik testu zaliczeniowego
M_W002 Zna i rozumie metody stosowane w pomiarach temperatury, wybrane metody analizy instrumentalnej (chromatografia, spektrofotometria) oraz wybrane metody pomiarów elektrochemicznych (potencjometria, pomiar pH ) ME1A_W01 Wynik testu zaliczeniowego
M_W003 Zna i rozumie metody stosowane w diagnostyce układu oddechowego łącznie z monitorowaniem wymiany gazowej ME1A_W01 Wynik testu zaliczeniowego
Umiejętności
M_U001 Potrafi przeprowadzić pomiary składu chemicznego wykorzystując wybrane metody analizy instrumentalnej ME1A_W01 Wynik testu zaliczeniowego
M_U002 Potrafi przeprowadzić pomiary z wykorzystaniem wybranych metod elektrochemicznych ME1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Wynik testu zaliczeniowego
M_U003 Potrafi przeprowadzić pomiary wybranych parametrów fizjologicznych człowieka ME1A_W01 Wynik testu zaliczeniowego
Kompetencje społeczne
M_K001 Ma świadomość znaczenia biopomiarów dla kontroli procesów technologicznych i diagnostyki medycznej – potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny ME1A_W01 Egzamin,
Wynik testu zaliczeniowego
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
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 instrumentalnej (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
M_U001 Potrafi przeprowadzić pomiary składu chemicznego wykorzystując wybrane metody analizy instrumentalnej - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi przeprowadzić pomiary z wykorzystaniem wybranych metod elektrochemicznych - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi przeprowadzić pomiary 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:
  1. 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.

  2. 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.

  3. Wybrane metody analizy instrumentalnej (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.

  4. 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.
    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.

  5. 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.

  6. Monitorowanie wymiany gazowej (3 godziny)

    Gazometria: wymiana gazowa, monitorowanie wymiany gazowej, czujniki pomiarowe stosowane w gazometrii, oksymetria, kapnometria.

Ćwiczenia laboratoryjne:
Ćwiczenia 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.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 86 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w wykładach 28 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 28 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Przygotowanie do zajęć 20 godz
Pozostałe informacje
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:

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, 2001.
3. „Inżynieria Biomedyczna”, praca zbiorowa pod red. R. Tadeusiewicza, UWND – AGH, 2008r.
4. Kabza Z. i inni: „Metrologia mikroklimatu pomieszczenia”. Wyd. Pol. Opolskiej. 2003.
5. „Laboratorium zintegrowanych czujników pomiarowych”. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.
6. Michalski L., Eckersdorf K., Kucharski J.: „Termometria. Przyrządy i metody”. Wyd. Pol. Łódzkiej, 1998.
7. 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. 2014. — (Advances in Intelligent Systems and Computing ; ISSN 2194-5357 ; vol. 284). — ISBN: 978-3-319-06595-3 ; e-ISBN: 978-3-319-06596-0. — S. 355–364. — Bibliogr. s. 363–364, 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: 978-83-61402-36-7. — S. 55–56.
4. “Voice pathology detection by fuzzy logic”, Daria PANEK, Andrzej SKALSKI, Janusz GAJDA. 2015 IEEE international Instrumentation and Measurement Technology Conference : May 11–14, 2015, Pisa, Italy. e-ISBN: 978-1-4799-6113-9. — S. 289–293.
5. “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 0033-2097. — 2015 R. 91 nr 5, S. 57–59.
6. „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 0033-2097. — 2015 R. 91 nr 5, s. 68–71.

Informacje dodatkowe:

Brak