МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Новые компьютерные технологии в медицинской практике

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра общей и экспериментальной физики
Направление подготовки03.04.02. Физика
ПрофильФизические методы и информационные технологии в медицине
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость4 ЗЕТ
Учебный план03_04_02_Мед-2-2020
Часов по учебному плану 144
в том числе:
аудиторные занятия 36
самостоятельная работа 81
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 2

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 1 (2) Итого
Недель 13
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 18 18 18 18
Практические 18 18 18 18
Сам. работа 81 81 81 81
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 144 144 144 144

Программу составил(и):
канд. техн. наук, доцент, Утемесов Р.М.

Рецензент(ы):
канд. физ.-мат. наук, доцент, Рудер Д.Д.

Рабочая программа дисциплины
Новые компьютерные технологии в медицинской практике

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.04.02 «Физика», утвержденный Министерством образования и науки РФ 28.08.2015 г., № 913

составлена на основании учебного плана:
03.04.02 Физика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д-р физ.-мат. наук, профессор Плотников В.А.


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Заведующий кафедрой д-р физ.-мат. наук, профессор Плотников В.А.


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Целью курса "Новые компьютерные технологии в медицинской практике" является обучение студентов основам знаний, необходимых для грамотного использования современной электронной измерительной и медицинской аппаратуры, предназначенной для научных исследований и использования в практическом здравоохранении.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.02

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОК-1 способностью к абстрактному мышлению, анализу, синтезу
ОПК-5 способностью использовать свободное владение профессионально-профилированными знаниями в области компьютерных технологий для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами направленности
ПК-1 способностью самостоятельно ставить конкретные задачи научных исследований в области физики и решать их с помощью современной аппаратуры и информационных технологий с использованием новейшего российского и зарубежного опыта
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.основные компьютерные технологии, применяемые в экспериментальных биомедицинских исследованиях, аппаратные и программные средства, необходимые исследователю для сбора, хранения, поиска, обработки и анализа биомедицинской информации при проведении экспериментов, компьютерные технологии подготовки отчетных материалов и средства электронных коммуникаций.
3.2.Уметь:
3.2.1.применять полученные знания в исследовательских работах, связанных с проведением биомедицинских экспериментов, созданием информационного и программно-алгоритмического обеспечения автоматизированных компьютерных систем и комплексов биомедицинского назначения, пользоваться научной литературой для самостоятельного решения научно-исследовательских и прикладных задач в данной области знаний;
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.навыками использования современных средств с учетом развития компьютерных технологий и способностью применять их в биомедицинских исследованиях и медицинской практике.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Раздел 1. Введение. Классификация, краткая характеристика возможностей и применений СхЭВМ. Основные понятия и термины.
1.1. Место цифровых устройств в современной технике. История развития цифровых устройств. Область применения. Понятия степени интеграции. Развитие БИС/СБИС. Основные направления развития и применения. Современные схемотехнологии в производстве ИС. Отличия схемотехнологий КМОП, ТТЛ и ЭСЛ. Практические 2 2 ОК-1, ПК-1 Л1.3
1.2. Новейшие схемотехнологии производства ИС с использованием новых материалов. Сам. работа 2 4 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.3
1.3. Место цифровых устройств в современной технике. История развития цифровых устройств. Область применения. Понятия степени интеграции. Развитие БИС/СБИС. Основные направления развития и применения. Современные схемотехнологии в производстве ИС. Отличия схемотехнологий КМОП, ТТЛ и ЭСЛ. Лекции 2 1,5 ОК-1, ОПК-5 Л1.3
Раздел 2. Раздел 2. Простейшие модели и система параметров логических элементов.
2.1. Простейшие модели логических элементов. Статические параметры ЛЭ. Быстродействие ЛЭ. Мощность потребления ЛЭ. Лекции 2 1,5 ОК-1, ОПК-5 Л1.3
2.2. Простейшие модели логических элементов. Статические параметры ЛЭ. Быстродействие ЛЭ. Мощность потребления ЛЭ. Практические 2 2 ОК-1, ПК-1 Л1.3
2.3. Система параметров КМОП (высоковольтных и низковольтных). Система параметров ТТЛ(Ш). Система параметров ЭСЛ. Сам. работа 2 5 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.3
Раздел 3. Раздел 3. Типы выходных каскадов цифровых элементов.
3.1. Логический выход. Элементы с тремя состояниями выхода. Выход с открытым коллектором(ОК) и эммитером(ОЭ). Нагрузочная характеристика элементов с ОК. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.1
3.2. Логический выход. Элементы с тремя состояниями выхода. Выход с открытым коллектором(ОК) и эммитером(ОЭ). Нагрузочная характеристика элементов с ОК. Практические 2 2 ОК-1, ПК-1 Л1.1
3.3. Оценка нагрузочной характеристики элементов с ОК. Формирование парафазных выходных сигналов в элементах ЭСЛ. Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.1
Раздел 4. Раздел 4. Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания.
4.1. Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания. Фильтрация питающих напряжений в схемах ЦУ. Зависимость помех по цепям питания от качества электрических соединений. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.1
4.2. Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания. Фильтрация питающих напряжений в схемах ЦУ. Зависимость помех по цепям питания от качества электрических соединений. Практические 2 1 ОК-1, ПК-1 Л1.4
4.3. Зависимость помех по цепям питания от качества применяемых блокировочных конденсаторов. Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.1
Раздел 5. Раздел 5. Передача сигналов в цифровых узлах и устройствах.
5.1. Перекрестные помехи. Искажение сигналов в несогласованных линиях. Линии передачи сигналов. Параллельное согласование волновых сопротивлений. Последовательное согласование волновых сопротивлений. Лекции 2 2 ОК-1, ОПК-5 Л1.2
5.2. Перекрестные помехи. Искажение сигналов в несогласованных линиях. Линии передачи сигналов. Параллельное согласование волновых сопротивлений. Последовательное согласование волновых сопротивлений. Практические 2 2 ОК-1, ПК-1 Л1.2
5.3. Способы параллельного и последовательного согласования волновых сопротивлений. Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.2
Раздел 6. Раздел 6. Вспомогательные элементы цифровых узлов и устройств.
6.1. Элементы задержки. Генераторы импульсов. Формирования импульсов по длительности. Элементы индикации. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.3
6.2. Элементы задержки. Генераторы импульсов. Формирования импульсов по длительности. Элементы индикации. Практические 2 1 ОК-1, ПК-1 Л1.3
6.3. Элементы задержки. Генераторы импульсов. Формирования импульсов по длительности. Элементы индикации. Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.3
Раздел 7. Раздел 7. Типовые ситуации применения цифровых ИС в узлах вычислительной техники.
7.1. Режим неиспользуемых входов. Режим неиспользуемых элементов Наращивание числа входов. Снижение нагрузок на входах ЛЭ. Согласование входных и выходных сигналов разных схемотехнологий. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.6
7.2. Режим неиспользуемых входов. Режим неиспользуемых элементов Наращивание числа входов. Снижение нагрузок на входах ЛЭ. Согласование входных и выходных сигналов разных схемотехнологий. Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.2
Раздел 8. Раздел 8. Введение в проблематику проектирования ЦУ комбинационного типа.Риски.
8.1. Введение в проблематику проектирования ЦУ комбинационного типа. Риски. Способы минимизации логических функций. Критерии качества проекта цифровых устройств. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.2
8.2. Введение в проблематику проектирования ЦУ комбинационного типа. Риски. Способы минимизации логических функций. Критерии качества проекта цифровых устройств. Практические 2 1 ОК-1, ПК-1 Л1.5
8.3. Способы минимизации логических функций. Критерии качества проекта цифровых устройств. Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.6
Раздел 9. Раздел 9. Двоичные дешифраторы, приоритетные и двоичные шифраторы.
9.1. Двоичные дешифраторы. Приоритетные и двоичные шифраторы. Указатели старшей единицы. Наращивание разрядности приоритетного шифратора. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.5
9.2. Двоичные дешифраторы. Приоритетные и двоичные шифраторы. Указатели старшей единицы. Наращивание разрядности приоритетного шифратора. Практические 2 1 ОК-1, ПК-1 Л1.5
9.3. Способы наращивание разрядности приоритетного шифратора. Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.5
Раздел 10. Раздел 10. Мультиплексоры и демультиплексоры. УЛМ.
10.1. Мультиплексоры и демультиплексоры. УЛМ. Способы настройки УЛМ. Наращивание размерности мультиплексора. Пирамидальные структуры УЛМ. Теорема Шеннона. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.6
10.2. Мультиплексоры и демультиплексоры. УЛМ. Способы настройки УЛМ. Наращивание размерности мультиплексора. Пирамидальные структуры УЛМ. Теорема Шеннона. Практические 2 1 ОК-1, ПК-1 Л1.6
10.3. Теорема Шеннона и ее применение для пирамидальных структур. Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1
Раздел 11. Раздел 11. Компараторы, схемы контроля.
11.1. Компараторы. Контроль по модулю 2. Схемы свертки. Мажоритарный элемент. Контроль с использованием кода Хемминга. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.6
11.2. Компараторы. Контроль по модулю 2. Схемы свертки. Мажоритарный элемент. Контроль с использованием кода Хемминга. Практические 2 1 ОК-1, ПК-1 Л1.6
11.3. Схема кодера и декодера для кода Хемминга. Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.6
Раздел 12. Раздел 12. Сумматоры, АЛУ, ускоренный перенос, умножители.
12.1. Одноразрядный сумматор. Параллельный сумматор с параллельным переносом. Параллельный сумматор с параллельным переносом. Сумматоры групповой структуры. Последовательный сумматор. Накапливающий сумматор. АЛУ, блоки ускоренного переноса. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.2
12.2. Одноразрядный сумматор. Параллельный сумматор с параллельным переносом. Параллельный сумматор с параллельным переносом. Сумматоры групповой структуры. Последовательный сумматор. Накапливающий сумматор. АЛУ, блоки ускоренного переноса. Практические 2 1 ОК-1, ПК-1 Л1.2
12.3. Матричные умножители. Схемы ускоренного умножения. Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.2
Раздел 13. Раздел 13. Триггеры. Схемотехника. Применение.
13.1. Триггеры. Схемотехника. Применение. Аномальные состояния триггеров. Применение триггеров в схемах ввода и синхронизации логических сигналов. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.2
13.2. Триггеры. Схемотехника. Применение. Аномальные состояния триггеров. Применение триггеров в схемах ввода и синхронизации логических сигналов. Практические 2 1 ОК-1, ПК-1 Л1.2
13.3. Схемы применения триггеров в схемах ввода и синхронизации логических сигналов. Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.2
Раздел 14. Раздел 14. Синхронизация цифровых устройств.
14.1. Синхронизация цифровых устройств. Параметры тактовых импульсов. Структура устройств синхронизации. Однофазная синхронизация. Двухфазная синхронизация. Размножение тактовых импульсов. Коррекция расфазирования импульсов. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.1
14.2. Синхронизация цифровых устройств. Параметры тактовых импульсов. Структура устройств синхронизации. Однофазная синхронизация. Двухфазная синхронизация. Размножение тактовых импульсов. Коррекция расфазирования импульсов. Практические 2 1 ОК-1, ПК-1 Л1.1
14.3. Способы коррекции расфазирования импульсов. Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.1
Раздел 15. Раздел 15. Регистры и счетчики.
15.1. Регистры и регистровые файлы. Счетчики. Классификация. Двоичные счетчики. Счетчики с групповой структурой. Двоично -кодированные счетчики с произвольным модулем. Счетчики с недвоичным кодированием (в коде Грея, в коде 1 из N). Лекции 2 1 ОК-1, ОПК-5 Л1.2
15.2. Регистры и регистровые файлы. Счетчики. Классификация. Двоичные счетчики. Счетчики с групповой структурой. Двоично -кодированные счетчики с произвольным модулем. Счетчики с недвоичным кодированием (в коде Грея, в коде 1 из N). Практические 2 1 ОК-1, ПК-1 Л1.2
15.3. Счетчики с недвоичным кодированием (в коде Грея, в коде 1 из N) Сам. работа 2 6 ОК-1, ОПК-5, ПК-1 Л1.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
1.Место цифровых устройств в современной технике. История развития цифровых устройств. Область применения.
2. Понятия степени интеграции. Развитие БИС/СБИС. Основные направления развития и применения. Современные схемотехнологии в производстве ИС.
3.Отличия схемотехнологий КМОП, ТТЛ и ЭСЛ.
4.Простейшие модели логических элементов. Статические параметры ЛЭ.
5.Быстродействие ЛЭ. Мощность потребления.
6.Логический выход. Элементы с тремя состояниями выхода.
7.Выход с открытым коллектором(ОК) и эммитером(ОЭ).
8.Нагрузочная характеристика элементов с ОК.
9.Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания. Фильтрация питающих напряжений в схемах ЦУ.
10.Зависимость помех по цепям питания от качества электрических соединений.
11.Перекрестные помехи. Искажение сигналов в несогласованных линиях.
12.Линии передачи сигналов. Параллельное согласование волновых сопротивлений.
13.Последовательное согласование волновых сопротивлений.
14.Элементы задержки. Генераторы импульсов.
15.Формирования импульсов по длительности. Элементы индикации.
16.Режим неиспользуемых входов. Режим неиспользуемых элементов
17.Наращивание числа входов. Снижение нагрузок на входах ЛЭ.
18.Согласование входных и выходных сигналов разных схемотехнологий.
19.Введение в проблематику проектирования ЦУ комбинационного типа. Риски.
20.Способы минимизации логических функций. Критерии качества проекта цифровых устройств.
21.Двоичные дешифраторы. Приоритетные и двоичные шифраторы.
22.Указатели старшей единицы. Наращивание разрядности приоритетного шифратора.
23.Мультиплексоры и демультиплексоры. УЛМ. Способы настройки УЛМ.
24.Наращивание размерности мультиплексора. Пирамидальные структуры УЛМ. Теорема Шеннона.
25.Компараторы. Контроль по модулю 2.
26.Схемы свертки. Мажоритарный элемент.
27.Контроль с использованием кода Хемминга.
28.Одноразрядный сумматор.
29.Параллельный сумматор с параллельным переносом.
30.Сумматоры групповой структуры.
31.Последовательный сумматор.
32.Накапливающий сумматор. АЛУ, блоки ускоренного переноса.
33.Триггеры. Схемотехника. Применение.
34.Аномальные состояния триггеров. Применение триггеров в схемах ввода и синхронизации логических сигналов.
35.Синхронизация цифровых устройств. Параметры тактовых импульсов. Структура устройств синхронизации.
36.Однофазная синхронизация. Двухфазная синхронизация.
37.Размножение тактовых импульсов. Коррекция расфазирования импульсов.
38.Регистры и регистровые файлы. Счетчики. Классификация.
39.Двоичные счетчики. Счетчики с групповой структурой.
40.Двоично -кодированные счетчики с произвольным модулем. Счетчики с недвоичным кодированием (в коде Грея, в коде 1 из N).
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Разработка программных средств для электрокардиографа.
Разработка программных средств для энцефалографа.
Разработка программных средств для ямр томографа.
Разработка программных средств для аппарата узи.
Компьютерные сети и глобальная компьютерная сеть Интернет в электрокардиографии.
Компьютерные сети и глобальная компьютерная сеть Интернет в энцефалографии.
Компьютерные сети и глобальная компьютерная сеть Интернет в ямр томографии.
Компьютерные сети и глобальная компьютерная сеть Интернет в узи
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
см. приложение (ФОС)

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Комар М.В, Основы радиоэлектроники: курс лекций БГУ, 2010
Л1.2 Коваленко А.А., Петропавловский М.Д. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для вузов М.: Академия, 2010
Л1.3 Жаворонков М.А., Кузин А.В. Электротехника и электроника: учеб. пособие для техн. отд-ний гуманит. вузов и вузов неэлектротехн. профиля М.: Академия, 2011
Л1.4 С.Д. Бигелоу, С. Виндер, Д.Д. Карр Энциклопедия телефонной электроники: СПб.: Лань, 2007
Л1.5 Щука А.А., Сигов А. С. Электроника в 4 ч. Часть 3 квантовая и оптическая электроника: учебник для академического бакалавриата Издательство Юрайт // ЭБС "Юрайт", 2018 biblio-online.ru
Л1.6 В.В. Пашнев Электроника: Методические указания к выполнению лабораторных работ Концепт, 2014
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
6.3. Перечень программного обеспечения
MicrosoftOffice
Microsoft Windows
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
Biomedical engineering online - http://www.biomedical-engineering-online.com/
Introduction to biomedical engineering - http://academicearth.org/courses/introduction-to-biomedical-engineering/
Journal of Visualized Experiments - http://www.jove.com/
Биомолекула (журнал) - http://biomolecula.ru/
Портал нанометр - www.nanometer.ru

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное)

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Основной целью при изучении дисциплины является стремление показать области применения и формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по использованию законов молекулярной физике для широкого спектра задач в различных областях.
Для эффективного изучения теоретической части дисциплины «Медицинская электроника» необходимо:
- построить работу по освоению дисциплины в порядке, отвечающим изучению основных этапов, согласно приведенным темам лекционного материала;
- систематически проверять свои знания по контрольным вопросам и заданиям;
- усвоить содержание ключевых понятий;
- плотно работать с основной и дополнительной литературой по соответствующим темам.
Для эффективного изучения практической части дисциплины «Медицинская электроника» рекомендуется:
- систематически выполнять подготовку к практическим занятиям и лабораторным работам по предложенным преподавателем тема и методическим указаниям ;
- своевременно выполнять практические задания, лабораторные работы.
- своевременно и систематически защищать результаты своих экспериментальных исследований.
В течение семестра студенты выполняют:
- домашние задания (Case-study - анализ конкретных ситуаций, ситуационный анализ), выполнение которых контролируется и обсуждается (групповое обсуждение)на практических занятиях или перед выполнением лабораторных работ (сократический диалог - подразумевающий постановку особых вопросов в процессе беседы, которые способствуют работе мышления, концентрации внимания, адекватной оценке текущей дискуссии и своей в ней роли);
- промежуточные задания, во время практических или лабораторных работ (в форме дискуссий, дебатов)для выявления знаний по основным элементам новых разделов теории или методике проведения экспериментальных заданий;
- построение "дерева решений" для проведения наиболее эфффективного анализа методики эксперимента, непосредственного выполнения экспериментальных исследований в ходе лабораторных работ;
- обсуждают задания практических и лабораторных работ методом "Займи позицию", помогающем выяснить, какой спектр мнений может существовать по обсуждаемому вопросу и предоставляет возможность высказаться каждому, продемонстрировать различные мнения, а затем обосновать свою позицию, найти и выразить самые убедительные аргументы, сравнить их с аргументами других.