Module also offered within study programmes:
General information:
Annual:
2017/2018
Code:
EME-1-404-s
Name:
Biomedical and technological measurements
Faculty of:
Faculty of Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Biomedical Engineering
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Microelectronics in industry and medicine
Semester:
4
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Gajda Janusz (jgajda@agh.edu.pl)
Academic teachers:
prof. dr hab. inż. Gajda Janusz (jgajda@agh.edu.pl)
mgr inż. Hemmerling Daria (hemmer@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Ma świadomość znaczenia biopomiarów dla kontroli procesów technologicznych i diagnostyki medycznej – potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny ME1A_W01 Examination,
Test results
Skills
M_U001 Potrafi przeprowadzić pomiary składu chemicznego wykorzystując wybrane metody analizy instrumentalnej ME1A_W01 Test results
M_U002 Potrafi przeprowadzić pomiary z wykorzystaniem wybranych metod elektrochemicznych ME1A_W01 Activity during classes,
Test results
M_U003 Potrafi przeprowadzić pomiary wybranych parametrów fizjologicznych człowieka ME1A_W01 Test results
Knowledge
M_W001 Zna i rozumie podstawowe pojęcia z zakresu metrologii oraz specyfikę biopomiarów wynikającą z charakteru obiektów pomiaru oraz ich złożoności ME1A_W01 Test results
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 Test results
M_W003 Zna i rozumie metody stosowane w diagnostyce układu oddechowego łącznie z monitorowaniem wymiany gazowej ME1A_W01 Test results
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Ma świadomość znaczenia biopomiarów dla kontroli procesów technologicznych i diagnostyki medycznej – potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny + - + - - - - - - - -
Skills
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 - - + - - - - - - - -
Knowledge
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 + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  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.

Laboratory classes:
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.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 116 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in lectures 28 h
Participation in laboratory classes 28 h
Realization of independently performed tasks 40 h
Preparation for classes 20 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest otrzymanie pozytywnej oceny z zajęć laboratoryjnych oraz z wykładu.
2. Ocena końcowa jest wyliczana jako średnia ważona ocen z zajęć laboratoryjnych wpisanych do systemu Syllabus

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstaw chemii i metrologii

Recommended literature and teaching resources:

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.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

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.

Additional information:

None