Detail předmětu
Imaging Systems with Nonionizeing Radiation
FEKT-MPA-ZSZAk. rok: 2024/2025
Obsahem tohoto kurzu je studium zobrazovacích systémů, které při své činnosti nepracují s ionizujícím zářením. V rámci osnovy kurzu jsou probírány systémy využívající principu magnetické rezonance. Diskutovány jsou základní experimenty v této oblasti, základní a rozšířené pulzní sekvence, principy kódování poziční informace a požadavky na hardware pro zobrazování. Dále pokročilé metody jakými jsou např. principy kontrastních látek, funkčního a difúzního zobrazování. V druhé části kurzu jsou probrány principy využití ultrazvukového vlnění pro zobrazování. Diskutovány jsou jednotlivé zobrazovací módy využitelné při klinickém zobrazování - A-sken, B-sken, dopplerovské techniky, využití kontrastních látek. V poslední části kurzu je probráno zobrazení teplotního reliéfu pomocí termokamer. Vysvětleny jsou principy mikrobolemtrických detektorů, využití 2D detektorů a reprezentace výsledné informace. V závěru semestru jsou popsány i další techniky v oblasti viditelné části spektra elektromagnetického záření. Dále jsou diskutovány parametry procesu zobrazení jako takového a hodnocení kvality zobrazovacích systémů.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Nabízen zahraničním studentům
Vstupní znalosti
Požadovány jsou základní znalosti v oblasti matematiky, fyziky a teorie zpracování signálů a obrazů na úrovni bakalářského studia.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Během semestru jsou hodnoceny výstupy laboratorních úloh a počítačových cvičení. Předmět je ukončen zkouškou, která kombinuje písemnou a ústní část.
Další informace obsahuje aktualizovaná vyhláška garanta předmětu vydávaná před začátkem příslušného semestru.
Učební cíle
Cílem tohoto kurzu je rozšířit znalosti z bakalářského stupně v oblasti lékařské fyziky a zobrazovacích systémů (ZS). Tento kurz je zaměřen na využití neionizujícího záření v oblasti lékařského zobrazování. V první části kurzu jsou probírány základy jevu magnetické rezonance a jeho aplikace pro lékařské zobrazování. V druhé polovině kurzu je probírán princip využití ultrazvukových vln pro zobrazování, principy termokamer a další techniky v oblasti viditelné části spektra elektromagnetického záření.
Studijní opory
Základní literatura
BRONZINO, Joseph D. The biomedical engineering handbook. Medical Devices and Systems. 3rd ed. Boca Raton: CRC/Taylor & Francis, 2006. ISBN 0849321220. (CS)
Brown R.W. et al: Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design 2nd Edition, Wiley-Blackwell, 2014 (EN)
Edelman S.K.: Understanding Ultrasound Physics, 4th edition, Ultrasound, 2012 (EN)
HILL, C. R, J. C BAMBER a G. ter HAAR. Physical principles of medical ultrasonics. 2nd ed. Hoboken, N.J.: John Wiley, c2004. ISBN 978-0-471-97002-6. (CS)
JERROLD T. BUSHBERG .. Essential physics of medical imaging. 3. ed., Internat. ed. S.l.: Lippincott Williams And W, 2011. ISBN 9781451118100. (CS)
MCROBBIE, Donald W. MRI from picture to proton. 2nd ed. New York: Cambridge University Press, 2007. ISBN 978-0521683845. (CS)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
2. Základní NMR experimenty – excitace, FID signál, spinové echo, gradientní echo, akviziční parametry – repetiční čas, TE čas, váhování obrazu časy T1 a T2.
3. NMR hardware – konstrukce hlavního magnetu, permanentní a supravodivý magnet, aktivní a pasivní shimming, homogenita pole B0, gradientní cívky, RF cívky pro různé aplikace.
4. NMR zobrazování – od protonu k obrazu, výběr tomografické roviny (řezu), k-prostor, frekvenční a fázové kódování pozice, rekonstrukce obrazu.
5. Pulzní sekvence – spinové echo, gradientní echo, inversion recovery, saturation recovery, rychlé sekvence – multi-shot a multi-band, EPI.
6. Speciální aplikace – využití kontrastních látek, funkční magnetická rezonance (fMRI), difuzní MRI, arterial spin labelling (ASL), perfúzní techniky – DCE a DSC, NMR spektroskopie.
7. Využití ultrazvukového vlnění v diagnostice – vlnová rovnice, popis ultrazvukové vlny na základě změny akustického tlaku, děje na rozhraní dvou látek s rozdílnou akustickou impedancí, generování ultrazvukové vlny – magnetostrikční nebo piezoelektrické měniče, základní idea zobrazování.
8. Ultrazvukový systém – blokové schéma, ultrazvuková sonda – lineární, konvexní a sektorové sondy, různé způsoby konstrukce a buzení sond, fokusace sondy, základní řetězec zpracování ultrazvukového signálu, TGC zesilovač, konverze dat, zobrazovací jednotka, základní zobrazovací módy – A mód, B mód, 3D zobrazení, TM mód, základní artefakty a dosažitelné parametry zobrazení.
9. Pokročilé zobrazovací techniky – využití Dopplerova jevu – kontinuální a pulzní Doppler, barevný a výkonový Doppler, kontrastní látky pro ultrasonografii, využití kontrastních látek, perfúzní zobrazování – různé techniky, kvalitativní a kvantitativní techniky, statická a dynamická elastografie, ultrazvuková transmisní/reflexní tomografie, ultrazvukové vyšetření prsu, fotoakustické zobrazování.
10. Endoskopie – princip, požadavky na vyšetření, základní typy konstrukce endoskopů – endoskopická zrcadla, rigidní, flexibilní (fibroskop), pracovní kanály, endoskopická kapsle, endoskopický ultrazvuk (transezofageální echokardiografie, vaginální ultrazvuk), intravaskulární ultrazvuk (IVUS) – srovnání s koronární angiografií. CT virtuální endoskopie.
11. Infrazobrazovací systémy – základní vymezení pojmů termografie, noktovize, fyzikální principy související s vyzařováním – Planckův vyzařovací zákon, Wienův posunovací zákon, Stefan-Boltzmanův zákon, emisivita, absolutně černé těleso, schéma vyzařování – vliv okolních vlivů, vliv transmise atmosféry a další.
12. Infrazobrazovací systémy – konstrukční principy – optické systémy pro infračervené záření – objektivy, čočky, detekce záření – selektivní (fotonové) a neselektivní (tepelné) detektory, výhody a nevýhody jednotlivých řešení, požadavky na chlazení a tepelnou stabilizaci detektorů, konstrukce mikrobolometrických 2D FPA snímačů, aplikace v medicíně, parametry běžně dostupných termokamer.
Cvičení na počítači
Vyučující / Lektor
Osnova
Sada počítačových cvičení:
- Vyhodnocení MTF reálného zobrazovacího systému. Konverze kontrastu na jas obrazu.
- Simulace buzení ultrazvukové sondy - lineární a sektorová sonda.
- Zpracování surových dat ultrazvukových systémů, harmonické zobrazování.
- Simulace základních pulzních sekvencí - vliv nastavení akvizičních časů (TR, TE, TI) na výsledný obraz.
- Zpracování dat pro MRI relaxometrii - určení T1 času.
Laboratorní cvičení
Vyučující / Lektor
Osnova
Sada laboratorních úloh:
- Měření s ultrazvukovým systémem - hodnocení kvality (prostorové rozlišení, kontrast) při různých parametrech zobrazení.
- Stanovení rychlosti toku krve dopplerovským systémem.
- Měření dynamických teplotních dat termokamerou.
- Měření na reálném MR skeneru, stanovení SNR.
- Měření difúzních dat na MR skeneru.