Ders Detayı
Ders Tanımı
| Ders | Kodu | Yarıyıl | T+U Saat | Kredi | AKTS |
|---|---|---|---|---|---|
| BİYOMEDİKAL MODELLEME VE SİMÜLASYON | - | Güz Dönemi | 3+0 | 3 | 6 |
| Ders Programı |
| Ön Koşul Dersleri | |
| Önerilen Seçmeli Dersler |
| Dersin Dili | İngilizce |
| Dersin Seviyesi | Lisans |
| Dersin Türü | Programa Bağlı Seçmeli |
| Dersin Koordinatörü | Dr.Öğr.Üye. Kevser Banu KÖSE |
| Dersi Verenler | Dr.Öğr.Üye. Kevser Banu KÖSE |
| Dersin Yardımcıları | |
| Dersin Amacı | Bu dersin amacı, biyomedikal sistemlerde sayısal modelleme ve simülasyon yöntemlerini tanıtmak ve uygulamaktır. Ders, biyomedikal dinamik sistemlerinde uygulamalı fizik uygulamalarının ana yöntemlerini öğretmeyi amaçlamaktadır. Odak noktası, biyomedikal mühendisliği ile ilgili olan yöntemleri ve uygulamaları teşhis ve terapötik uygulamalar ile fizyolojik süreçler ve sanal mekanik testler için incelemektir. |
| Dersin İçeriği | Bu ders; Tanışma, Giriş ve genel kavramlar, Derse genel bakış ve karmaşık sistemlerin modellenmesi ve simülasyonu kavramlarına genel bakış,Biyosistem Modellemede Analojiler ve Multi-Fizik Tanımlamalar,Dinamik Sistemlerde Kısmi Diferansiyel Denklemler, Nümerik Analiz,Medikal Görüntü Analizi, 3D Segmentation of Medical Image Data, Computer-Aided Design Tools,ANSYS Design Modeler, ANSYS Element Bölütleme Uygulamaları,Hesaplamlaı Akışkanlar Dinamiği / Kan Akışının Nümerik Analizi,Vasküler Cihaz Dizaynı, Sanal Operasyon ve Akış Analizi,Kas-İskelet Sisteminde Hesaplamalı Modelleme,Cerrahi Planlama ve Simülasyon, Hastaya Özel İmplant ve Greft Dizaynı ve Sanal Testler,Hemodinamik Modellerde Uygulamlar,Fizyolojik Modellerde Uygulamlar,Sanal Cihaz Testi Uygulamları,Öğrenci Sunumları,Öğrenci Sunumları; konularını içermektedir. |
| Dersin Öğrenme Kazanımları | Öğretim Yöntemleri | Ölçme Yöntemleri |
| Biyomedikal cihaz tasarımı ve sanal performans testlerini nümerik metodlarla sanal görselleştirir | 10, 12, 16, 3 | F |
| Karmaşık biyomedikal sistemlerin modellenmesinde kullanılan kavramları özetler. | 9 | F |
| Dinamik bir fizyolojik fenomeni matematiksel bir denklem setine çevirebilir. | 19, 3 | F |
| Analitik çözümlenemeyen matematik modellere nümerik çözümlerin nasıl uygulanabileceğini ve bunlar için gerekli araçları tanımlar. | 10, 12, 19, 21, 3 | |
| Bilgisayar destekli yazılımlar ile medikal görüntü verilerini STL objelerine dönüştürebilir, üç boyutlu objeler tasarlayabilir. | 10, 12, 16, 19, 3, 9 | F |
| Sonlu eleman yöntemi ile biyolojik sistemlerde akışkan dinamiği ve yapısal mekanik analiz yapabilir. Üç boyutlu diferansiyel denklemlerin ve sınır değer problemlerini, sonlu eleman analizi ile simüle edebilir. | 10, 12, 14, 16, 18, 19, 2, 3, 4, 6 | D, E, F, H |
| Öğretim Yöntemleri: | 10: Tartışma Yöntemi, 12: Problem Çözme Yöntemi, 14: Bireysel Çalışma Yöntemi, 16: Soru - Cevap Tekniği , 18: Mikro Öğretim Tekniği , 19: Beyin Fırtınası Tekniği, 2: Proje Temelli Öğrenme Modeli, 21: Benzetim/Simülasyon Tekniği, 3: Probleme Dayalı Öğrenme Modeli, 4: Sorgulama Temelli Öğrenme Modeli, 6: Deneyimle Öğrenme Modeli, 9: Anlatım Yöntemi |
| Ölçme Yöntemleri: | D: Sözlü Sınav, E: Ödev, F: Proje Görevi, H: Performans Görevi |
Ders Akışı
| Sıra | Konular | Ön Hazırlık |
|---|---|---|
| 1 | Tanışma, Giriş ve genel kavramlar, Derse genel bakış ve karmaşık sistemlerin modellenmesi ve simülasyonu kavramlarına genel bakış | Biyoömedikal modelleme uygulamalrı hakkında genel bilgi edinilir |
| 2 | Biyosistem Modellemede Analojiler ve Multi-Fizik Tanımlamalar | Multi-fizik Simülasyon örnekleri araştırılır |
| 3 | Dinamik Sistemlerde Kısmi Diferansiyel Denklemler, Nümerik Analiz | Diferansiyel denklem bilgisi gözden geçirilir |
| 4 | Medikal Görüntü Analizi, 3D Segmentation of Medical Image Data, Computer-Aided Design Tools | Öğrenciler 3D Slicer, FreeCAD, MeshMixer ve ANSYS Aim yazılımlarını dersten önce cihazlarında hazır bulundurmalılar. |
| 5 | ANSYS Design Modeler, ANSYS Element Bölütleme Uygulamaları | ANSYS student yazılımı kişisel bilgisayarlara kurulur |
| 6 | Hesaplamlaı Akışkanlar Dinamiği / Kan Akışının Nümerik Analizi | Bir önceki dersin tekrarı yapılır. |
| 7 | Vasküler Cihaz Dizaynı, Sanal Operasyon ve Akış Analizi | Bir önceki dersin tekrarı yapılır |
| 8 | Kas-İskelet Sisteminde Hesaplamalı Modelleme | Biyomekanik bilgisi gözden geçirilir |
| 9 | Cerrahi Planlama ve Simülasyon, Hastaya Özel İmplant ve Greft Dizaynı ve Sanal Testler | Sanal cerrahi çalışmaları hakkında literatür taraması yapılır |
| 10 | Hemodinamik Modellerde Uygulamlar | Hemodinamik simülasyonlar hakkında literatür araştırması yapılır |
| 11 | Fizyolojik Modellerde Uygulamlar | Lezyon Mekanizması Modellerinde Uygulamalar ve Veri Görselleştirme ile Karşılaştırmalar |
| 12 | Sanal Cihaz Testi Uygulamları | Öğrenciler Simscale hesabı oluşturup, yazılıma web üzerinden ulaşmalılar. |
| 13 | Öğrenci Sunumları | Geçmiş senelerdeki sunumlar incelenir |
| 14 | Öğrenci Sunumları | Geçmiş senelerdeki sunumlar incelenr |
| Kaynak |
| 1- Finite Element Analysis for Biomedical Engineering Applications - 2019 -CRC Press, Z. C. Yang , 2- Numerical Methods in Biomedical Engineering - Stanley Dunn, Alkis Constantinides, Prabhas V. Moghe -Academic Press Elsevier, 3- Quantitative Human Physiology: An Introduction (Biomedical Engineering) 2nd Edition - Joseph J Feher -Academic Press Elsevier |
| Yazılım: ANSYS, Slicer3D, Inobitec, Geomagic, FreeCAD, Simscale, Autodesk MeshMixer, Materialise Mimics Student Edition |
Dersin Program Yeterliliklerine Katkısı
| Dersin Program Yeterliliklerine Katkısı | |||||||
| No | Program Yeterliliği | Katkı Düzeyi | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| 1 | Matematik, fen bilimleri ve ilgili mühendislik disiplinine özgü konularda yeterli bilgi birikimi; bu alanlardaki kuramsal ve uygulamalı bilgileri, karmaşık mühendislik problemlerinde kullanabilme becerisi | X | |||||
| 2 | Karmaşık mühendislik problemlerini saptama, tanımlama, formüle etme ve çözme becerisi; bu amaçla uygun analiz ve modelleme yöntemlerini seçme ve uygulama becerisi | X | |||||
| 3 | Karmaşık bir sistemi, süreci, cihazı veya ürünü gerçekçi kısıtlar ve koşullar altında, belirli gereksinimleri karşılayacak şekilde tasarlama becerisi; bu amaçla modern tasarım yöntemlerini uygulama becerisi | X | |||||
| 4 | Mühendislik uygulamalarında karşılaşılan karmaşık problemlerin analizi ve çözümü için gerekli olan modern teknik ve araçları geliştirme, seçme ve kullanma becerisi; bilişim teknolojilerini etkin bir şekilde kullanma becerisi | X | |||||
| 5 | Karmaşık mühendislik problemlerinin veya disipline özgü araştırma konularının incelenmesi için deney tasarlama, deney yapma, veri toplama, sonuçları analiz etme ve yorumlama becerisi | X | |||||
| 6 | Disiplin içi ve çok disiplinli takımlarda etkin biçimde çalışabilme becerisi; bireysel çalışma becerisi | X | |||||
| 7 | Sözlü ve yazılı etkin iletişim kurma becerisi; en az bir yabancı dil bilgisi; etkin rapor yazma ve yazılı raporları anlama, tasarım ve üretim raporları hazırlayabilme, etkin sunum yapabilme, açık ve anlaşılır talimat verme ve alma becerisi | X | |||||
| 8 | Yaşam boyu öğrenmenin gerekliliği bilinci; bilgiye erişebilme, bilim ve teknolojideki gelişmeleri izleme ve kendini sürekli yenileme becerisi | X | |||||
| 9 | Etik ilkelerine uygun davranma, mesleki ve etik sorumluluk bilinci; mühendislik uygulamalarında kullanılan standartlar hakkında bilgi | X | |||||
| 10 | Proje yönetimi, risk yönetimi ve değişiklik yönetimi gibi, iş hayatındaki uygulamalar hakkında bilgi; girişimcilik, yenilikçilik hakkında farkındalık; sürdürülebilir kalkınma hakkında bilgi | X | |||||
| 11 | Mühendislik uygulamalarının evrensel ve toplumsal boyutlarda sağlık, çevre ve güvenlik üzerindeki etkileri ve çağın mühendislik alanına yansıyan sorunları hakkında bilgi; mühendislik çözümlerinin hukuksal sonuçları konusunda farkındalık | ||||||
| 12 | İnsan vücudunu anlama ve onarmada mühendisliğin ilkelerini uygulama ve karar verme yetisi | X | |||||
Değerlendirme Sistemi
| Katkı Düzeyi | Mutlak Değerlendirme | |
| Ara Sınavın Başarıya Oranı | 30 | |
| Genel Sınavın Başarıya Oranı | 70 | |
| Toplam | 100 | |
| AKTS / İşyükü Tablosu | ||||||
| Etkinlik | Sayı | Süresi (Saat) | Toplam İş Yükü (Saat) | |||
| Ders Saati | 14 | 3 | 42 | |||
| Rehberli Problem Çözme | 4 | 1 | 4 | |||
| Problem Çözümü / Ödev / Proje / Rapor Tanzimi | 4 | 1 | 4 | |||
| Okul Dışı Diğer Faaliyetler | 3 | 1 | 3 | |||
| Proje Sunumu / Seminer | 2 | 30 | 60 | |||
| Kısa Sınav (QUİZ) ve Hazırlığı | 2 | 3 | 6 | |||
| Ara Sınav ve Hazırlığı | 1 | 30 | 30 | |||
| Genel Sınav ve Hazırlığı | 1 | 30 | 30 | |||
| Performans Görevi, Bakım Planı | 1 | 1 | 1 | |||
| Toplam İş Yükü (Saat) | 180 | |||||
| Dersin AKTS Kredisi = Toplam İş Yükü (Saat)/30*=(180/30) | 6 | |||||
| Dersin AKTS Kredisi: *30 saatlik çalışma 1 AKTS kredisi sayılmaktadır. | ||||||
Dersin Detaylı Bilgileri
Ders Tanımı
| Ders | Kodu | Yarıyıl | T+U Saat | Kredi | AKTS |
|---|---|---|---|---|---|
| BİYOMEDİKAL MODELLEME VE SİMÜLASYON | - | Güz Dönemi | 3+0 | 3 | 6 |
| Ders Programı |
| Ön Koşul Dersleri | |
| Önerilen Seçmeli Dersler |
| Dersin Dili | İngilizce |
| Dersin Seviyesi | Lisans |
| Dersin Türü | Programa Bağlı Seçmeli |
| Dersin Koordinatörü | Dr.Öğr.Üye. Kevser Banu KÖSE |
| Dersi Verenler | Dr.Öğr.Üye. Kevser Banu KÖSE |
| Dersin Yardımcıları | |
| Dersin Amacı | Bu dersin amacı, biyomedikal sistemlerde sayısal modelleme ve simülasyon yöntemlerini tanıtmak ve uygulamaktır. Ders, biyomedikal dinamik sistemlerinde uygulamalı fizik uygulamalarının ana yöntemlerini öğretmeyi amaçlamaktadır. Odak noktası, biyomedikal mühendisliği ile ilgili olan yöntemleri ve uygulamaları teşhis ve terapötik uygulamalar ile fizyolojik süreçler ve sanal mekanik testler için incelemektir. |
| Dersin İçeriği | Bu ders; Tanışma, Giriş ve genel kavramlar, Derse genel bakış ve karmaşık sistemlerin modellenmesi ve simülasyonu kavramlarına genel bakış,Biyosistem Modellemede Analojiler ve Multi-Fizik Tanımlamalar,Dinamik Sistemlerde Kısmi Diferansiyel Denklemler, Nümerik Analiz,Medikal Görüntü Analizi, 3D Segmentation of Medical Image Data, Computer-Aided Design Tools,ANSYS Design Modeler, ANSYS Element Bölütleme Uygulamaları,Hesaplamlaı Akışkanlar Dinamiği / Kan Akışının Nümerik Analizi,Vasküler Cihaz Dizaynı, Sanal Operasyon ve Akış Analizi,Kas-İskelet Sisteminde Hesaplamalı Modelleme,Cerrahi Planlama ve Simülasyon, Hastaya Özel İmplant ve Greft Dizaynı ve Sanal Testler,Hemodinamik Modellerde Uygulamlar,Fizyolojik Modellerde Uygulamlar,Sanal Cihaz Testi Uygulamları,Öğrenci Sunumları,Öğrenci Sunumları; konularını içermektedir. |
| Dersin Öğrenme Kazanımları | Öğretim Yöntemleri | Ölçme Yöntemleri |
| Biyomedikal cihaz tasarımı ve sanal performans testlerini nümerik metodlarla sanal görselleştirir | 10, 12, 16, 3 | F |
| Karmaşık biyomedikal sistemlerin modellenmesinde kullanılan kavramları özetler. | 9 | F |
| Dinamik bir fizyolojik fenomeni matematiksel bir denklem setine çevirebilir. | 19, 3 | F |
| Analitik çözümlenemeyen matematik modellere nümerik çözümlerin nasıl uygulanabileceğini ve bunlar için gerekli araçları tanımlar. | 10, 12, 19, 21, 3 | |
| Bilgisayar destekli yazılımlar ile medikal görüntü verilerini STL objelerine dönüştürebilir, üç boyutlu objeler tasarlayabilir. | 10, 12, 16, 19, 3, 9 | F |
| Sonlu eleman yöntemi ile biyolojik sistemlerde akışkan dinamiği ve yapısal mekanik analiz yapabilir. Üç boyutlu diferansiyel denklemlerin ve sınır değer problemlerini, sonlu eleman analizi ile simüle edebilir. | 10, 12, 14, 16, 18, 19, 2, 3, 4, 6 | D, E, F, H |
| Öğretim Yöntemleri: | 10: Tartışma Yöntemi, 12: Problem Çözme Yöntemi, 14: Bireysel Çalışma Yöntemi, 16: Soru - Cevap Tekniği , 18: Mikro Öğretim Tekniği , 19: Beyin Fırtınası Tekniği, 2: Proje Temelli Öğrenme Modeli, 21: Benzetim/Simülasyon Tekniği, 3: Probleme Dayalı Öğrenme Modeli, 4: Sorgulama Temelli Öğrenme Modeli, 6: Deneyimle Öğrenme Modeli, 9: Anlatım Yöntemi |
| Ölçme Yöntemleri: | D: Sözlü Sınav, E: Ödev, F: Proje Görevi, H: Performans Görevi |
Ders Akışı
| Sıra | Konular | Ön Hazırlık |
|---|---|---|
| 1 | Tanışma, Giriş ve genel kavramlar, Derse genel bakış ve karmaşık sistemlerin modellenmesi ve simülasyonu kavramlarına genel bakış | Biyoömedikal modelleme uygulamalrı hakkında genel bilgi edinilir |
| 2 | Biyosistem Modellemede Analojiler ve Multi-Fizik Tanımlamalar | Multi-fizik Simülasyon örnekleri araştırılır |
| 3 | Dinamik Sistemlerde Kısmi Diferansiyel Denklemler, Nümerik Analiz | Diferansiyel denklem bilgisi gözden geçirilir |
| 4 | Medikal Görüntü Analizi, 3D Segmentation of Medical Image Data, Computer-Aided Design Tools | Öğrenciler 3D Slicer, FreeCAD, MeshMixer ve ANSYS Aim yazılımlarını dersten önce cihazlarında hazır bulundurmalılar. |
| 5 | ANSYS Design Modeler, ANSYS Element Bölütleme Uygulamaları | ANSYS student yazılımı kişisel bilgisayarlara kurulur |
| 6 | Hesaplamlaı Akışkanlar Dinamiği / Kan Akışının Nümerik Analizi | Bir önceki dersin tekrarı yapılır. |
| 7 | Vasküler Cihaz Dizaynı, Sanal Operasyon ve Akış Analizi | Bir önceki dersin tekrarı yapılır |
| 8 | Kas-İskelet Sisteminde Hesaplamalı Modelleme | Biyomekanik bilgisi gözden geçirilir |
| 9 | Cerrahi Planlama ve Simülasyon, Hastaya Özel İmplant ve Greft Dizaynı ve Sanal Testler | Sanal cerrahi çalışmaları hakkında literatür taraması yapılır |
| 10 | Hemodinamik Modellerde Uygulamlar | Hemodinamik simülasyonlar hakkında literatür araştırması yapılır |
| 11 | Fizyolojik Modellerde Uygulamlar | Lezyon Mekanizması Modellerinde Uygulamalar ve Veri Görselleştirme ile Karşılaştırmalar |
| 12 | Sanal Cihaz Testi Uygulamları | Öğrenciler Simscale hesabı oluşturup, yazılıma web üzerinden ulaşmalılar. |
| 13 | Öğrenci Sunumları | Geçmiş senelerdeki sunumlar incelenir |
| 14 | Öğrenci Sunumları | Geçmiş senelerdeki sunumlar incelenr |
| Kaynak |
| 1- Finite Element Analysis for Biomedical Engineering Applications - 2019 -CRC Press, Z. C. Yang , 2- Numerical Methods in Biomedical Engineering - Stanley Dunn, Alkis Constantinides, Prabhas V. Moghe -Academic Press Elsevier, 3- Quantitative Human Physiology: An Introduction (Biomedical Engineering) 2nd Edition - Joseph J Feher -Academic Press Elsevier |
| Yazılım: ANSYS, Slicer3D, Inobitec, Geomagic, FreeCAD, Simscale, Autodesk MeshMixer, Materialise Mimics Student Edition |
Dersin Program Yeterliliklerine Katkısı
| Dersin Program Yeterliliklerine Katkısı | |||||||
| No | Program Yeterliliği | Katkı Düzeyi | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| 1 | Matematik, fen bilimleri ve ilgili mühendislik disiplinine özgü konularda yeterli bilgi birikimi; bu alanlardaki kuramsal ve uygulamalı bilgileri, karmaşık mühendislik problemlerinde kullanabilme becerisi | X | |||||
| 2 | Karmaşık mühendislik problemlerini saptama, tanımlama, formüle etme ve çözme becerisi; bu amaçla uygun analiz ve modelleme yöntemlerini seçme ve uygulama becerisi | X | |||||
| 3 | Karmaşık bir sistemi, süreci, cihazı veya ürünü gerçekçi kısıtlar ve koşullar altında, belirli gereksinimleri karşılayacak şekilde tasarlama becerisi; bu amaçla modern tasarım yöntemlerini uygulama becerisi | X | |||||
| 4 | Mühendislik uygulamalarında karşılaşılan karmaşık problemlerin analizi ve çözümü için gerekli olan modern teknik ve araçları geliştirme, seçme ve kullanma becerisi; bilişim teknolojilerini etkin bir şekilde kullanma becerisi | X | |||||
| 5 | Karmaşık mühendislik problemlerinin veya disipline özgü araştırma konularının incelenmesi için deney tasarlama, deney yapma, veri toplama, sonuçları analiz etme ve yorumlama becerisi | X | |||||
| 6 | Disiplin içi ve çok disiplinli takımlarda etkin biçimde çalışabilme becerisi; bireysel çalışma becerisi | X | |||||
| 7 | Sözlü ve yazılı etkin iletişim kurma becerisi; en az bir yabancı dil bilgisi; etkin rapor yazma ve yazılı raporları anlama, tasarım ve üretim raporları hazırlayabilme, etkin sunum yapabilme, açık ve anlaşılır talimat verme ve alma becerisi | X | |||||
| 8 | Yaşam boyu öğrenmenin gerekliliği bilinci; bilgiye erişebilme, bilim ve teknolojideki gelişmeleri izleme ve kendini sürekli yenileme becerisi | X | |||||
| 9 | Etik ilkelerine uygun davranma, mesleki ve etik sorumluluk bilinci; mühendislik uygulamalarında kullanılan standartlar hakkında bilgi | X | |||||
| 10 | Proje yönetimi, risk yönetimi ve değişiklik yönetimi gibi, iş hayatındaki uygulamalar hakkında bilgi; girişimcilik, yenilikçilik hakkında farkındalık; sürdürülebilir kalkınma hakkında bilgi | X | |||||
| 11 | Mühendislik uygulamalarının evrensel ve toplumsal boyutlarda sağlık, çevre ve güvenlik üzerindeki etkileri ve çağın mühendislik alanına yansıyan sorunları hakkında bilgi; mühendislik çözümlerinin hukuksal sonuçları konusunda farkındalık | ||||||
| 12 | İnsan vücudunu anlama ve onarmada mühendisliğin ilkelerini uygulama ve karar verme yetisi | X | |||||
Değerlendirme Sistemi
| Katkı Düzeyi | Mutlak Değerlendirme | |
| Ara Sınavın Başarıya Oranı | 30 | |
| Genel Sınavın Başarıya Oranı | 70 | |
| Toplam | 100 | |