UIMOIBK062 Diagnostické akviziční modality a robotické systémy v medicíně

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
léto 2022
Rozsah
10 hod/sem. 5 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
Ing. Iveta Bryjová (přednášející)
doc. Ing. Petr Čermák, Ph.D. (přednášející)
Garance
doc. Ing. Petr Čermák, Ph.D.
Ústav informatiky – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Předmět seznamuje posluchače s fyzikálními a konstrukčními principy zobrazovacích modalit v lékařství. Studenti získají znalosti o technologii jednotlivých typů zobrazovacích systémů, fyzikálních a matematických principech vybraných zobrazovacích metod, technických vlastnostech a konstrukčních prvcích lékařských zobrazovacích systémů: konvenční radiografie (RTG), výpočetní tomografie (CT), zobrazování pomocí jevu magnetické rezonance (MRI), zobrazovací metody ve stomatologii (OPG, CB CT), ultrasonografie (USG) a ultrazvuková elastografie, zobrazovací systémy nukleární medicíny (PET, SPECT). Druhá část předmětu uvádí do základů robotických systémů a jejích aplikací v medicíně. Posluchači budou seznámeni se základními tématy s preferencí na elektrotechniku a informatiku. Budou klasifikovány základní medicínské robotické platformy: asistenční, diagnostické, terapeutické a chirurgické včetně radiodiagnostiky (robotické ozařování s důrazem na minimalizaci poškození okolní, nenádorové, tkáně). Předpokládá se exkurze na klinických pracovištích, které robotické systémy využívají pro vybrané chirurgické intervenční výkony (např. robotický systém DaVinci (FN Olomouc). Studentům bude umožněno prototypování asistenčního robota a vývoj dálkově řízeného robotického ramene pro ovládání ultrazvukové sondy pro další vývoj telemedicínských aplikací.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování kurzu schopen:
- porozumět technologiím konvenční radiografie (RTG), výpočetní tomografie (CT), zobrazování pomocí jevu magnetické rezonance (MRI), zobrazovací metody ve stomatologii (OPG, CB CT), ultrasonografie (USG) a ultrazvuková elastografie, zobrazovací systémy nukleární medicíny (PET, SPECT),
- porovnat medicínské robotické platformy: asistenční, diagnostické, terapeutické a chirurgické včetně radiodiagnostiky (robotické ozařování s důrazem na minimalizaci poškození okolní, nenádorové, tkáně).
Osnova
  • 1. Úvod do diagnostiky s obrazovým výstupem, rozdělení lékařských zobrazovacích systému, legislativa, princip ALARA.
  • 2. Ultrazvuková sonografie (základní pojmy ultrazvukové akustiky; fyzikální principy ultrazvuku; generování ultrazvuku, piezoelektrický jev, ultrazvuková sonda; klinické zobrazování pomocí ultrazvuku, zobrazovací módy).
  • 3. Ultrazvukové dopplerovské zobrazování (Dopplerův jev, dopplerovské zobrazovací módy, biomedicínské principy dopplerovských metod; rizika ultrazvukových dopplerovských metod).
  • 4. Ultrazvuková elastografie (statická elastografie, dynamická elastografie – Shear Waves elastografie), intravaskulární elastografie, elastické vlastnosti tkání, fyzikální principy.
  • 5. Digitální rentgen (fyzikální principy, zdroj X-záření, průchod X-záření, detekce X-záření, skiagrafie, skiaskopie). Digitální subtrakční angiografie (DSA), rentgenová kostní denzitometrie.
  • 6. RTG diagnostika v zubním lékařství (OPG, dRTG, techniky intraorálního snímkování).
  • 7. Výpočetní tomografie (historie a vývoj CT; vymezení základních pojmů; realizace CT přístrojů, konstrukční řešení CT skeneru, detekční soustava; princip sběru dat, rekonstrukce obrazu, rekonstrukční algoritmy; hodnocení kvality obrazu; standardy CT; Slip-ring technologie, helikální CT; real-time CT; multi-slice CT; DSCT; MDCT; klinické použití jednotlivých technologií).
  • 8. Magnetická rezonance (historie, nukleární magnetická rezonance, fyzikální principy, konstrukční prvky MR skeneru; magnetické systémy MR; tvorba 3D obrazu; T1 a T2 časy; základní sekvence a jejich parametry).
  • 9. Radionuklidová scintigrafie (planární scintigrafie, tomografická scintigrafie – SPECT, CT; hybridní modality).
  • 10. Robotické chirurgické systémy 1 (robotická chirurgie, historie – Arthrobot, PUMA 560, ROBODOC, Artemis; základní dělení robotů, asistivní roboti – AESOP, zobrazovacími technikami navádění roboti – NeuroMatewTM, chirurgičtí roboti – ZEUS, daVinci; výhody robotické chirurgie; robotická chirurgie vs. laparoskopie).
  • 11. Robotické chirurgické systémy 2 (chirurgické navigační systémy, počítačová navigace v traumatologii, neuronavigace, OrthoPilot, CARTO, ad.).
  • V rámci praktických cvičení studenti navštíví klinické pracoviště s lékařskými zobrazovacími modalitami, dále budou prakticky řešit postprocesing klinických obrazových dat, simulovat princip MRI zobrazování, demonstrovat principy výpočetní tomografie.
Literatura
    povinná literatura
  • Studijní materiály v systému Moodle
  • DOWSETT, David, Patrick A. KENNY a Eugene R. JOHNSTON. The Physics of Diagnostic Imaging. 2, ilustrované vydání. CRC Press, 2006. ISBN 978-1-4441-1339-6. info
    doporučená literatura
  • MAIER, A., STEIDL, S., CHRISTLEIN, V., HORNEGGER, J. Medical Imaging Systems: An Introductory Guide: Lecture Notes in Computer Science – Svazek 11111 Image Processing, Computer Vision, Pattern Recognition, and Graphics. Springer, 2018. ISBN 9783319965208
  • Management Association, Information Resources. Medical Imaging: Concepts, Methodologies, Tools, and Applications: Concepts, Methodologies, Tools, and Applications: Premier reference source. IGI Global, 2016. ISBN 9781522505723
  • CARBONE, Giuseppe. New Trends in Medical and Service Robotics. Springer, 2018, 319 s. Mechanisms and Machine Science Series, vol.65. ISBN 978-3-030-00329-6. info
  • SCHWEIKARD, Achim a Floris ERNST. Medical Robotics. Springer, 2015, 424 s. ISBN 978-3-319-22891-4. info
  • SHUNG, Kirk K., Michael SMITH a Benjamin M. W. TSUI. Principles of Medical Imaging. Academic Press, 2012. ISBN 978-0-323-13993-9. info
  • HRAZDÍRA, I., MOMSTEIN, V. Lékařská biofyzika a přístrojová technika. Brno: Neptun, 2001. ISBN 80-902896-1-4. info
Výukové metody
interaktivní přednášky exkurze
Metody hodnocení
Zápočet:
75% návštěvnost cvičení, aktivní přístup, zapojení se do klinických výzkumů
Zápočtový písemný test 70 bodů
Zkouška:
Ústní zkouška
Implementace vybraných algoritmů na robotech 30 bodů
Splnění min. 60 bodů
Předmět je zařazen také v obdobích léto 2021, léto 2023, léto 2024, léto 2025.