F7PBBTZS - Tomografické zobrazovací systémy

CT systémy (základní princip, schematické uspořádání systému, základní fyzikální princip, vývojové generace, základní principy rekonstrukce). Systémy zobrazování magnetickou rezonancí. Princip PET a SPECT. Specializované zobrazovací systémy (hybridní). Ultrazvukové zobrazovací systémy. Dopplerovské 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, akustika, vlnění, 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, pokud je zadána. Bez získání zápočtu a jeho zápisu do IS ČVUT KOS není možné realizovat zkoušku.

Povinnou součástí předmětu je povinná celodenní účast na studentské odborné konferenci, která se zabývá pravidelně technickými trendy vývoje zobrazovacích systémů v lékařství a která se koná na začátku prosince. Viz též předchozí ročníky na www stránce https://www.fbmi.cvut.cz/fakulta/pracoviste/kbt-akce . Bez této účasti není možné realizovat zkoušku. V rámci zkouškového testu bude navíc obsažena vybraná probelmatka z konference.

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 120 minut. Po opravě testu je možné ústní dozkoušení na lepší stupeň, pokud je výsledek testu na rozhraní klasifikačních stupňů (typicky o - 1 až - 2 body).

1. CT - nevýhody konvenční RTG diagnostiky. Základní princip CT. Uspořádání systému. Základní fyzikální princip CT. Vývojové generace CT. HW a SW.

2. CT - Helikální CT RTG, multi-slice CT RTG (MSCT, MDCT), DSCT/DECT. Fotonové CT. CT číslo, detektory CT systémů.

3. CT - Základní principy rekonstrukce obrazu u CT systémů (přímá zpětná projekce, Radonova transformace, filtrovaná zpětná projekce)

4. CT - Analytická rekonstrukce u CT systémů (2D Fourierova transformace, iterativní rekonstrukce)

5. MR - Fyzikální podstata (spin, precese, Larmorova frekvence). Rádiové frekvence v magnetickém poli, fázová koherence a precese, rezonance, VF puls, generování MR signálu, signál volné precese (FID)

6. MR - Relaxace, relaxační časy, či časové konstanty T1, T2, VF puls, vztah pulsních sekvencí a kontrastu, SR, SE a IR sekvence, parametry vážený obraz a vztah k časům TE a TR.

7. MR - Kódování prostorové polohy objemového elementu (voxelu), gradientní pole, význam pulsních diagramů (sekvence, protokoly)

8. MR - Podstata Fourierovy rekonstrukční metody, základní komponenty MR systému.

9. Systémy výpočetní tomografie v nukleární medicíně (SPECT, PET)

10. Hybridní zobrazovací systémy (SPECT/CT, PET/CT, MR/PET, molekulární zobrazení), preklinické zobrazovací systémy

11. UZ zobrazovací systémy - základní veličiny zvukového pole, elektromechanické analogie. UZ sondy (konstrukce, parametry, vlastnosti).

12. UZ zobrazovací systémy - obecná struktura. Rozdělení (lineární, sektorové). Mechanické a elektronické systémy rozkladu. Prostorová rozlišovací schopnost. Fokuzace. Módy zobrazení (A, B, C, M či TM).

13. UZ dopplerovské systémy (Dopplerův jev, aplikace v medicíně, obecné schéma demodulace)

14. UZ dopplerovské systémy (demodulace založená na FFT, uspořádání CW, PW, parametry, vlastnosti)

Cvičení budou probíhat jednak v PC učebně a jednak v laboratoři ČVUT FBMI.

1. CT systémy: rekonstrukční algoritmy (přímá zpětná projekce) (úloha v PC učebně)

2. CT systémy: rekonstrukční algoritmy (filtrovaná zpětná projekce) (úloha v PC učebně)

3. CT systémy: rekonstrukční algoritmy (iterativní metoda) (úloha v PC učebně)

4. CT systémy: rekonstrukční algoritmy (metoda založená na 2D FT) (úloha v PC učebně)

5. CT systémy: (experimentální úloha v laboratoři se systémem PHYWE)

6. MR systémy: vliv relaxačních časů na kontrast obrazu (úloha v PC učebně na modelu v Matlabu)

7. MR systémy: k-prostor (úloha v PC učebně na modelu v Matlabu)

8. MR systémy: princip tvorby obrazu (úloha v PC učebně na modelu v Matlabu)

9. SPECT, PET (úloha v PC učebně na modelu v Matlabu)

10. Hybridní ZS (úloha v PC učebně na modelu v Matlabu

11. UZ systémy (úloha v PC učebně)

12. UZ systémy (experimentální úloha v laboratoři)

13. UZ dopplerovské systémy (úloha v PC učebně)

14. UZ dopplerovské systémy (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.

Povinná literatura:

[1] DRASTICH, Aleš. Tomografické zobrazovací systémy. Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2004. ISBN 80-214-

2788-4.

[2] Fyzikální základy zobrazování v nukleární medicíně a radiační ochrana [online]. Jaroslav Ptáček, c2002-2017. Poslední změna 18. 10. 2013 [cit. 2023-08-16]. 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] HRAZDIRA, Ivo, Vojtěch MORNSTEIN a Jiřina ŠKORPÍKOVÁ. Základy biofyziky a zdravotnické techniky. Brno: Neptun, c2006. ISBN 80-86850-01-3.

[2] 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.

[3] 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.

[4] GILL, Robert W. Physics and technology of diagnostic ultrasound: study guide. Sydney: High Frequency Publishing, 2016. ISBN 9780987292148.

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