Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej - Inżynieria w medycynie (S1)
Sylabus przedmiotu Numeryczne modelowanie w medycynie:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Inżynieria w medycynie | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | pierwszego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | inżynier | ||
| Obszary studiów | charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Numeryczne modelowanie w medycynie | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Anna Story <Anna.Story@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | |||
| ECTS (planowane) | 7,0 | ECTS (formy) | 7,0 |
| Forma zaliczenia | egzamin | Język | polski |
| Blok obieralny | 1 | Grupa obieralna | 2 |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Podstawy mechaniki płynów |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Zapoznanie studentów z teoretycznymi i praktycznymi zagadnieniami z zakresu metod numerycznych i modelowania numerycznego oraz możliwościami ich praktycznego zastosowania do analizy zagadnień w medycynie. |
| C-2 | Ukształtowanie umiejętności numerycznej analizy zagadnień przepływowych i modelowania numerycznego z zastosowaniem zaawansowanych pakietów obliczeniowych oraz ich aplikacji do zagadnień w medycynie. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Praktyczne modelowanie numeryczne do analizy wybranych zagadnień w medycynie z wykorzystaniem m.in. zaawansowanego oprogramowania ANSYS CFX, np. modelowanie układu sercowo-naczyniowego: przepływ krwi przez tętnice wieńcowe; przepływ krwi w sercu; modelowanie układu oddechowego: dostarczanie leków do układu oddechowego, ocena drożności górnych dróg oddechowych; modelowanie sposobu działania implantów medycznych: stentów, pompy serca, sztucznego serca; projektowanie i ocena działania urządzeń medycznych | 56 |
| T-L-2 | Zaliczenie | 4 |
| 60 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Podstawy metod numerycznych (błędy obliczeń numerycznych, metody rozwiązywania układów równań liniowych, przybliżone wyznaczanie rozwiązań równań i układów równań nieliniowych, interpolacja, aproksymacja) | 6 |
| T-W-2 | Wprowadzenie do modelowania numerycznego (model fizyczny, model matematyczny i model numeryczny; eksperyment i symulacja numeryczna, wady i zalety modelowania numerycznego; aplikacje modelowania numerycznego w medycynie) | 2 |
| T-W-3 | Fundamentalne zasady zachowania (zasada zachowania masy, energii i pędu; równanie Naviera-Stokesa, ogólne skalarne równanie transportu) | 2 |
| T-W-4 | Matematyczne modele procesów transportu w płynach (modelowanie przepływów turbulentnych, modelowanie przepływów nienewtonowskich) | 4 |
| T-W-5 | Zasady numerycznych metod rozwiązywania (Metoda Elementów Skończonych FEM; Metoda Różnic Skończonych FDM; Metoda objętości skończonych FVM) | 4 |
| T-W-6 | Praktyczne aspekty numerycznego modelowania z zastosowaniem techniki numerycznej mechaniki płynów CFD (etapy analizy CFD: pre-processing, solver i post-processing; generowanie geometrii domeny obliczeniowej; rekonstrukcja anatomicznych domen obliczeniowych oparta na obrazie; generowanie siatki numerycznej; typy komórek obliczeniowych; klasyfikacja i jakość siatek numerycznych; wybór modeli; definiowanie właściwości materiałów; typy warunków brzegowych; ustawienia solvera; inicjalizacja procesu; monitorowanie zbieżności obliczeń; wizualizacja wyników) | 6 |
| T-W-7 | Kryteria oceny w modelowaniu numerycznym (spójność; stabilność; zbieżność; dokładność; błędy numeryczne; weryfikacja i walidacja) | 2 |
| T-W-8 | Zastosowanie technik modelowania numerycznego do analizy wybranych zagadnień w medycynie (na przykład modelowanie układu sercowo-naczyniowego: przepływ krwi przez tętnice wieńcowe; przepływ krwi w sercu; modelowanie układu oddechowego: dostarczanie leków do układu oddechowego, ocena drożności górnych dróg oddechowych; modelowanie sposobu działania implantów medycznych: stentów, pompy serca, sztucznego serca; projektowanie i ocena działania urządzeń medycznych) | 4 |
| 30 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 60 |
| A-L-2 | Konsultacje | 4 |
| A-L-3 | Studiowanie literatury | 14 |
| A-L-4 | Przygotowanie do zajęć | 31 |
| A-L-5 | Przygotowanie do zaliczenia | 15 |
| 124 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-W-2 | Konsultacje | 2 |
| A-W-3 | Studiowanie literatury | 10 |
| A-W-4 | Przygotowanie do egzaminu | 5 |
| A-W-5 | Egzamin | 3 |
| 50 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Metody podające - wykład informacyjny wspomagany prezentacją multimedialną. |
| M-2 | Metody aktywizujące - dyskusja dydaktyczna związana z wykładem. |
| M-3 | Metody praktyczne - ćwiczenia laboratoryjne; analiza numeryczna zagadnień z zakresu medycyny z zastosowaniem specjalistycznego oprogramowania. |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena podsumowująca: Egzamin pisemny oraz ustny z treści przekazanych na wykładach. |
| S-2 | Ocena formująca: Ocena ciągła - obserwacja pracy studentów na zajęciach praktycznych, ocena przygotowanych sprawozdań. |
| S-3 | Ocena podsumowująca: Zaliczenie praktyczne - samodzielne rozwiązanie wybranego zagadnienia z zastosowaniem poznanych technik modelowania numerycznego. |
Zamierzone efekty uczenia się - wiedza
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IwM_1A_B20-1_W01 Opisuje zagadnienia z zakresu poznanych metod numerycznych i modelowania numerycznego, charakteryzuje proces analizy zagadnień przepływowych z zastosowaniem numerycznej mechaniki płynów, wymienia przykłady praktycznego zastosowania metod numerycznych w medycynie. | IwM_1A_W05 | — | — | C-1 | T-W-8, T-W-1, T-W-6, T-W-4, T-W-5, T-W-2, T-W-3, T-W-7 | M-1, M-2 | S-1 |
Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IwM_1A_B20-1_U01 Projektuje geometrię domeny obliczeniowej, generuje siatkę numeryczną, prowadzi symulacje numeryczne zagadnień z zakresu medycyny z użyciem specjalistycznego oprogramowania oraz analizuje ich wyniki. | IwM_1A_U05 | — | — | C-2 | T-L-1, T-L-2 | M-3 | S-2, S-3 |
Zamierzone efekty uczenia się - inne kompetencje społeczne i personalne
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IwM_1A_B20-1_K01 Student wykazuje świadomość i argumentuje konieczność poszerzania swojej wiedzy i umiejetności w zakresie korzystania ze specjalistycznego oprogramowania, umożliwiającego numeryczne modelowanie zagadnień z zakresu medycyny. | IwM_1A_K01, IwM_1A_K02 | — | — | C-1 | T-W-8 | M-1, M-2 | S-1 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| IwM_1A_B20-1_W01 Opisuje zagadnienia z zakresu poznanych metod numerycznych i modelowania numerycznego, charakteryzuje proces analizy zagadnień przepływowych z zastosowaniem numerycznej mechaniki płynów, wymienia przykłady praktycznego zastosowania metod numerycznych w medycynie. | 2,0 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego poniżej 45% |
| 3,0 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego w przedziale 45% - 60% | |
| 3,5 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego w przedziale 61% - 70% | |
| 4,0 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego w przedziale 71% - 80% | |
| 4,5 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego w przedziale 81% - 90% | |
| 5,0 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego w przedziale 91% - 100% |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| IwM_1A_B20-1_U01 Projektuje geometrię domeny obliczeniowej, generuje siatkę numeryczną, prowadzi symulacje numeryczne zagadnień z zakresu medycyny z użyciem specjalistycznego oprogramowania oraz analizuje ich wyniki. | 2,0 | Student uzyskał wynik z zaliczenia końcowego poniżej 45% |
| 3,0 | Student uzyskał wynik z zaliczenia końcowego w przedziale 45% - 60% | |
| 3,5 | Student uzyskał wynik z zaliczenia końcowego w przedziale 61% - 70% | |
| 4,0 | Student uzyskał wynik z zaliczenia końcowego w przedziale 71% - 80% | |
| 4,5 | Student uzyskał wynik z zaliczenia końcowego w przedziale 81% - 90% | |
| 5,0 | Student uzyskał wynik z zaliczenia końcowego w przedziale 91% - 100% |
Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| IwM_1A_B20-1_K01 Student wykazuje świadomość i argumentuje konieczność poszerzania swojej wiedzy i umiejetności w zakresie korzystania ze specjalistycznego oprogramowania, umożliwiającego numeryczne modelowanie zagadnień z zakresu medycyny. | 2,0 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego poniżej 45% |
| 3,0 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego w przedziale 45% - 60% | |
| 3,5 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego w przedziale 61% - 70% | |
| 4,0 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego w przedziale 71% - 80% | |
| 4,5 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego w przedziale 81% - 90% | |
| 5,0 | Student uzyskał wynik z egzaminu pisemnego i ustnego w przedziale 91% - 100% |
Literatura podstawowa
- Zenon Fortuna, Bohdan Macukow, Janusz Wąsowski, Metody numeryczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2017
- Zdzisław Jaworski, Numeryczna mechanika płynów w inżynierii chemicznej i procesowej, Akademicka Oficyna Wydawnicza Exit, 2005
Literatura dodatkowa
- Alberto Pozo Álvarez, Fluid Mechanics Applied to Medicine. Cardiac Flow Visualization Techniques, Springer, Cham, 2021