Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Wspomaganie komputerowe diagnostyki i terapii medycznej
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFM-2-107-TO-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Techniki obrazowania i biometria
Kierunek:
Fizyka Medyczna
Semestr:
1
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
dr hab. inż. Jung Aleksandra (Aleksandra.Jung@fis.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr hab. inż. Jung Aleksandra (Aleksandra.Jung@fis.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Student będzie miał możliwość zdobycia wiedzy dotyczącej teoretycznych i praktycznych aspektów związanych ze wspomaganiem diagnostyki i terapii medycznej przy wykorzystaniu modelowania matematycznego.

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 Student posiada szczegółową wiedzę o wybranych metodach diagnostyki i terapii medycznej. FM2A_W02, FM2A_W04 Kolokwium
M_W002 Student zna i rozumie podstawy wybranych metod modelowania matematycznego, potrafi podać przykłady zastosowań w zakresie wspomagania diagnostyki i terapii medycznej. FM2A_W01 Kolokwium
Umiejętności
M_U001 Student potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych oraz innych źródeł i potrafi je wykorzystać do opracowania modelu. FM2A_U01 Aktywność na zajęciach,
Projekt
M_U002 Student potrafi zbudować prosty model i przeprowadzić analizę wyników, zaprezentować je w formie graficznej i wyciągnąć na ich podstawie wnioski. FM2A_U02, FM2A_U05, FM2A_U04 Aktywność na zajęciach,
Projekt
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę ciągłego dokształcenia, co realizuje poprzez przygotowanie projektu. FM2A_K03, FM2A_K01 Aktywność na zajęciach,
Projekt
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 Student posiada szczegółową wiedzę o wybranych metodach diagnostyki i terapii medycznej. + - - - - - - - - - -
M_W002 Student zna i rozumie podstawy wybranych metod modelowania matematycznego, potrafi podać przykłady zastosowań w zakresie wspomagania diagnostyki i terapii medycznej. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych oraz innych źródeł i potrafi je wykorzystać do opracowania modelu. - - + + - - - - - - -
M_U002 Student potrafi zbudować prosty model i przeprowadzić analizę wyników, zaprezentować je w formie graficznej i wyciągnąć na ich podstawie wnioski. - - + + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę ciągłego dokształcenia, co realizuje poprzez przygotowanie projektu. - - + + - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

Wprowadzenie – przedstawienie metod wspomagania diagnostyki i terapii medycznej w oparciu o modele matematyczne. Proces modelowania systemów fizjologicznych: identyfikacja struktury systemu, szacowanie parametrów, formułowanie modelu, realizacja matematyczna, walidacja modelu, upraszczanie struktury modelu. – 2 godz.
Modele kompartmentowe. Modele liniowe i nieliniowe. Założenia upraszczające w odniesieniu do modeli fizjologicznych. Problem stabilności znacznika i systemu.– 2 godz.
Metody analityczne i numeryczne do rozwiązywania układów różniczkowych wykorzystywanych w modelowaniu kompartmentowym. Identyfikacja modelu. Źródła niepewności. Procedura szacowania niepewności. – 2 godz.
Analiza systemów jedno- i dwu-komartmentowych. Analiza systemów wielo-kompartmentowych. Problem odwrotny. Sprzężenie zwrotne i teoria kontroli. – 2 godz.
Hemodializa. Model jednoprzedziałowy. Dializa otrzewnowa. Model 3-porowy. – 2 godz.
Pozaustrojowa terapia wątroby. Wykorzystanie modeli kompartmentowych do oceny wydajności pozaustrojowej terapii wątroby. – 2 godz.
Wpływ objętości dystrybucji i tempa produkcji znacznika na wyniki modelu. Modele ze stałą i zmienną objętością. Ograniczenia stosowania modelu jednoprzedziałowego. Adekwatność terapii. – 2 godz.
Wybór odpowiedniego znacznika. Definicja najczęściej stosowanych indeksów oceniających efekty terapii i ich związek z modelowaniem. Stosowanie modeli uproszczonych i ich umiejscowienie w praktyce klinicznej. Wpływ zmiany masy pacjenta na wynik modelu i terapii.– 2 godz.
Matematyczne wspomaganie oceny wyników badań diagnostycznych (diagnostyka H. Pylori, badania PET). – 2 godz.
Matematyczne wspomaganie oceny narażenia radiologicznego. Farmakokinetyka.– 2 godz

Ćwiczenia laboratoryjne:

1. Przygotowanie danych medycznych do analizy
Efekty kształcenia:
-student potrafi odrzucić dane obarczone błędem grubym
-student potrafi obliczyć podstawowe parametry statystyczne, takie jak średnia i odchylenie standardowe
-student potrafi przygotować plik wejściowy danych wykorzystywanych w modelu
-student potrafi przedstawić dane wejściowe w formie graficznej
2. Modele kompartmentowe
Efekty kształcenia:
-student potrafi zbudować prosty model 1-kompartmentowy
-student potrafi zbudować model wielo-przedziałowy
-student umie dokonać analizy modelu i opisać znaczenie fizjologiczne parametrów modelu
-student potrafi wybrać optymalny model

3. Identyfikacja parametrów modelu
Efekty kształcenia:
-student potrafi zidentyfikować parametry modelu
-student potrafi dokonać analizy wrażliwości parametrów modelu
-student potrafi przedstawić graficznie dopasowanie danych doświadczalnych do wyników modelu
-student potrafi dokonać analizy dla parametrów stałych i zmiennych w czasie

4. Problem odwrotny. Symulacje
Efekty kształcenia:
-student potrafi zbudować model odwrotny przydatny do symulacji
-student potrafi przygotować dane wejściowe do symulacji
-student potrafi przedstawić graficznie wyniki symulacji
-student potrafi porównać wyniki dla różnych symulacji

Ćwiczenia projektowe:

Przykładowo:
W wersji podstawowej – student przygotuje model adekwatny dla określonego problemu diagnostycznego lub terapeutycznego na podstawie danych literaturowych
W wersji zaawansowanej – student przygotuje model adekwatny dla określonego problemu diagnostycznego lub terapeutycznego na podstawie danych literaturowych plus dokonuje weryfikacji tego modelu w oparciu o dane doświadczalne.

Efekt kształcenia:
- student potrafi samodzielnie znaleźć odpowiednią literaturę niezbędną do przygotowania projektu
- student zna metody diagnostyczne i/lub terapeutyczne będące podstawą opracowywanego modelu
- student zna podstawy statystyki niezbędne do opracowania danych pomiarowych i potrafi prawidłowo je zastosować
- student potrafi analizować wyniki modelu.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 88 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w wykładach 20 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 25 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 15 godz
Przygotowanie do zajęć 9 godz
Udział w ćwiczeniach projektowych 8 godz
Wykonanie projektu 10 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 1 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena z kolokwium to procent uzyskanych punktów przeliczany na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona oceny z kolokwium (K), laboratorium (L) i z projektu (P):
OK = 0.4 x K + 0.3 x L + 0.3 x P

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Wiedza i umiejętności uzyskane podczas pierwszego stopnia studiów na kierunku Fizyka medyczna

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna 2000 pod red. M. Nałęcza, Akademicka Oficyna Wydawnicza Exit, Warszawa 2003
Fizyczne metody diagnostyki medycznej i terapii, pod red. A. Hrynkiewicz, E. Rokita, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000
K. Godfrey, Compartmental Models and Their Applications. London, Academic Press, 1983.
J. Jacquez, Compartmental Analysis in Biology and Medicine, 2nd ed. Ann Arbor, MI: Univ. of Michigan Press, 1985.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Jung A, Wasilewska-Radwanska M, Kopanski Z, 2002, Semiempirical model for diagnostication Helicobacter pylori infection by use of 14C labelled urea, Nukleonika, 47(3), 95-99
2. Jung A, Krisper P, Schneditz D, 2006, Measures of Efficiency in Extracorporeal Liver Support Systems, Romanian Journal of Hepatology, 2(3), 55-63
3. Jung A, Krisper P, Haditsch B, Stauber RE, Trauner M, Holzer H, Schneditz D, 2006, Bilirubin kinetic modeling for quantification of extracorporeal liver support. Blood Purificat, 24(4), 413-422
4. Jung A, Korohoda P, Krisper P, Schneditz D, 2012, Relationship between kinetics of albumin-bound bilirubin and water-soluble urea in extracorporeal blood purification, Nephrology Dialysis Transplantation, 27(3), 1200–1206

Informacje dodatkowe:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:
Usprawiedliwiona nieobecność na zajęciach obowiązkowych wymaga od studenta samodzielnego opanowania omawianego na tych zajęciach materiału.
Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 2 zajęcia i jego cząstkowe wyniki w nauce były
negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości wyrównania zaległości, co skutkuje brakiem zaliczenia ćwiczeń.
Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych i projektowych oraz z kolokwium.