F7PBBKZS - Konvenční zobrazovací systémy

Úvod do problematiky zobrazování. Klasifikace zobrazovacích systémů. Parametry zobrazovacích systémů. Elektromagnetické záření a vztah k jednotlivým typům lékařských diagnostických zobrazovacích systémů. Základy teorie zobrazení. Aplikace aparátu 2D FT. Přenosové vlastnosti zobrazovacích systémů. Optické zobrazovací systémy včetně mikroskopických. Televizní zobrazovací systémy (zahrnující videoendoskopické zobrazovací systémy). Základní metody předzpracování obrazu zahrnující převod z analogové do číslicové podoby. Infrazobrazovací systémy (termovizní systémy). RTG zobrazovací systémy. Gamazobrazovací systémy. Předmět a zejména laboratorní cvičení poskytují studentům náhled na principy tvorby vzniku obrazových dat používaných v lékařství, na princip metod jejich snímání, digitalizaci a následného zpracování, na princip funkce a vlastnosti snímacích obrazových prostředků v souvislostech, což má význam zejména z hlediska interdisciplinárnosti předmětu a oboru jako celku.

Vstupní požadavky předmětu:

Fyzika z hlediska interakce záření s hmotou, částicová fyzika, optika, proto je také stanovena zápisová prerekvizita. Vhodné jsou i partie z oblasti teorie systémů.

Účast je povinná na všech cvičeních. Neúčast je možná pouze z vážných důvodů hodných zřetele (musí být doloženo). Na konci každé hodiny musí být vyučujícímu odevzdána úloha pro aktuální týden. Bez získání zápočtu a jeho zápisu do IS ČVUT KOS není možné realizovat zkoušku.

Zkouška je tvořena písemným testem, kde je kombinovaná varianta odpovědí typu ABC (vždy jedna správná) - 1 bod, tj. 0 nebo 1 bod a varianta, kdy je potřeba odpovídat písemně (otevřené otázky) - 5 bodů, tj. od 0 do 5 bodů (důležité otázky). Celkem 36 otázek, z toho 20 MCQ (abc) po 1 bodu a 16 otázek otevřených po 5 bodech. Správná odpověď podle typu 0 až 5 bodů, označení více odpovědí znamená 0 bodů, žádná odpověď znamená 0 bodů, špatná odpověď znamená nula bodů. Minimum 50 bodů, max. 100 bodů. Hodnocení testu dle ECTS tabulky uvedené ve SZŘ ČVUT. Celkový čas vyhrazený na test je 90 minut. Po opravě testu je možné ústní dozkoušení na lepší stupeň, pokud je výsledek testu na rozhraní klasifikačních stupňů (typicky o 2 body).

1. Základní třídění/klasifikace zobrazovacích systémů, metod a technik. Ilustrace jednotlivých zobrazovacích modalit.

2. Základy teorie zobrazení. Přenosové vlastnosti a funkce zobrazovacích soustav (PSF, MTF, FWHM).

3. Optické zobrazovací systémy

4. Fluorescenční mikroskopie

5. Konfokální laserová mikroskopie

6. High-end superrezoluční mikroskopické systémy STED a N-SIM

7. Elektronová mikroskopie (TEM, EELS)

8. Televizní zobrazovací systémy.

9. Řetězec pro snímání a digitalizaci obrazového signálu. Základní metody předzpracování obrazu.

10. Endoskopické zobrazovací systémy

11. Infrazobrazovací systémy

12. RTG zobrazovací systémy – zdroje, uspořádání, popis částí, spektrum RTG záření, detektory RTG záření.

13. RTG zobrazovací systémy - RTG-TV systémy, angiografie (DSA), digitální radiografie

14. Konvenční gama zobrazovací systémy (gamakamera Angerova typu).

1. Využití Matlabu pro výpočty v oblasti zobrazovacích systémů (úloha v PC učebně)

2. Přenosové vlastnosti a funkce zobrazovacích soustav (PSF, MTF, FWHM). Aplikace 2D FT (úloha v PC učebně).

3. Optické zobrazovací systémy (experimenty s optickou lavicí)

4. Fluorescenční mikroskopie (experimenty v AV ČR)

5. Konfokální laserová mikroskopie (experimenty v AV ČR)

6. High-end superrezoluční mikroskopické systémy STED a N-SIM (experimenty v AV ČR)

7. Elektronová mikroskopie (TEM, EELS) (experimenty v AV ČR)

8. Televizní zobrazovací systémy (experimentální úloha v laboratoři)

9. Řetězec pro snímání a digitalizaci obrazového signálu. Základní metody předzpracování obrazu. (úloha v PC učebně)

10. Endoskopické zobrazovací systémy (experimentální úloha v laboratoři)

11. Infrazobrazovací systémy (experimentální úloha v laboratoři)

12. RTG zobrazovací systémy – zdroje, uspořádání, popis částí, spektrum RTG záření, detektory RTG záření (experimentální úloha v laboratoři).

13. RTG zobrazovací systémy - RTG-TV systémy, angiografie (DSA), digitální radiografie (úloha v PC učebně)

14. Konvenční gama zobrazovací systémy (gamakamera Angerova typu) (experimentální úloha v laboratoři).

Cílem je seznámit studenty s obecnými základy teorie procesu zobrazení, metodami snímání, hodnocení a zpracování obrazové informace, vlastnostmi obrazových signálů, principy vytváření obrazu, konstrukčním uspořádáním a s obecným kvantitativním hodnocením kvality zobrazovacích modalit používaných v lékařství a z toho vyplývajících omezení a rizik.

Výstupní znalosti, dovednosti, schopnosti a kompetence:

Student je schopen vysvětlit základní fyzikální princip dané modality a zná její uspořádání včetně principu tvorby obrazu.

Student je schopen posoudit, na základě standardně definovaných technických parametrů, zda ZS splňuje požadavky, které jsou lékaři na modalitu kladeny. Takovéto poznatky jsou pak výchozím předpokladem ke správnému postupu technika při výběru a aplikaci dané modality a též nezbytným minimem pro zajištění potřebné kvality výsledných obrazových dat.

Povinná literatura:

[1] Materiály ke kurzu Získání a zpracování obrazu v mikroskopii [online]. Jiří Hozman, c2002-2017. Poslední změna 18. 10. 2013 [cit. 2017-09-27]. URL: http://webzam.fbmi.cvut.cz/hozman/

[2] Fyzikální základy zobrazování v nukleární medicíně a radiační ochrana [online]. Jaroslav Ptáček, c2002-2017. Poslední změna 18. 10. 2013 [cit. 2017-09-27]. URL: http://old.lf.upol.cz/menu/struktura-lf/kliniky/klinika-nuklearni-mediciny/pedagogicka-cinnost/fyzikalni-zaklady-zobrazovani-v-nuklearni-medicine-a-radiacni-ochrana/

[3] Webb's physics of medical imaging. 2nd ed. Editor M. A. FLOWER. Boca Raton: CRC, c2012. Series in medical physics and biomedical engineering. ISBN 978-0-7503-0573-0. (1st ed. is also available in library)

[4] Něco málo o zobrazování a dávkách v radiodiagnostice, ale i mimo ni, aneb co by Vás mohlo zajímat…[online]. Lucie Súkupová, c2011-2023. Poslední změna 20. 10. 2022 [cit. 2023-12-26]. URL: http://www.sukupova.cz/ (velmi kvalitní zdroj obsahují problematiku RTG, angiografie, DR, CT)

Doporučená literatura:

[1] Drastich, A.: Netelevizní zobrazovací systémy. Skriptum FEI VUT v Brně, 2001.

[2] HRAZDIRA, Ivo, Vojtěch MORNSTEIN a Jiřina ŠKORPÍKOVÁ. Základy biofyziky a zdravotnické techniky. Brno: Neptun, c2006. ISBN 80-86850-01-3.

[3] BENEŠ, Jiří, Jaroslava KYMPLOVÁ a František VÍTEK. Základy fyziky pro lékařské a zdravotnické obory: pro studium i praxi. Praha: Grada, 2015. ISBN 978-80-247-4712-5.

[4] BENEŠ, Jiří, Daniel JIRÁK, Clare WALLACE a František VÍTEK. Základy lékařské fyziky. 4. vydání. V Praze: Univerzita Karlova v Praze, Nakladatelství Karolinum, 2015. ISBN 978-80-246-2671-0.

[5] AMELINCKX, S. Handbook of microscopy set: applications in materials science, solid-state physics and chemistry. Vol 1, 2, 3. Weinheim: VCH, 2008. ISBN 978-3-527-61928-3.

[6] Medical infrared imaging: principles and practices. Editor Mary DIAKIDES, editor Joseph D. BRONZINO, editor Donald R. PETERSON. Boca Raton: CRC Press, 2012. ISBN 978-1-4398-7250-5.

[7] Principles of Flexible Endoscopy for Surgeons. Editor Jeffrey M. MARKS, editor Brian J. DUNKIN. New York: Springer, 2013. ISBN 978-1-4614-6329-0.

Studijní pomůcky:

Výukový software umožňující zpracování obrazových dat v digitální mikroskopii, ale i obecně (SW MIPS - https://www.instaluj.cz/mips - na vytváření se podílel i garant předmětu)

• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika (povinný předmět)
• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika (povinný předmět)