450-4086/01 – Lékařské zobrazovací systémy II (LZS II)

Garantující katedraKatedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvíKredity4
Garant předmětudoc. Ing. Martin Černý, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Martin Černý, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník1Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2019/2020Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
CER275 doc. Ing. Martin Černý, Ph.D.
KRE0193 Ing. Alice Křesťanová
KUB631 Ing. Jan Kubíček, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 0+16

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Student bude schopen vyjmenovat a definovat postupy pro analýzu medicínských obrazových dat. Student bude schopen tyto postupy vysvětlit a následně aplikovat na zvolená obrazová data. Bude schopen s nimi experimentovat a hodnotit jejich přínos k analýze obrazových dat.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Experimentální práce v laboratoři

Anotace

Předmět se komplexně zabývá problematikou matematických metod pro zpracování, modelování a extrakcí informací z medicínských obrazových dat. Jednotlivé metody budou vždy zasazovány do kontextu zpracování reálných medicínských dat a aplikací, které jsou recentní pro potřeby klinické praxe. Předmět je systematicky rozdělen do třech základních částí. První část předmětu se zabývá základními technikami, které slouží pro předzpracování medicínských obrazových záznamů. V této části budou diskutovány jasové a geometrické transformace. Filtrace obrazu na základě obrazové konvoluce v prostorové doméně a frekvenční filtrace obrazu. Analýza binárního obrazu, morfologické operace a aplikace těchto metod pro modelování obrazových objektů. Druhá část předmětu se zabývá technikami segmentace a klasifikace obrazu, které tvoří esenciální prvky pro modelování a extrakci informací z medicínských obrazů. V poslední části předmětu budou podrobně diskutovány matematické rekonstrukční techniky pro zpracování dat z MR a CT.

Povinná literatura:

KUBÍČEK, Jan. Zpracování medicínských obrazových dat. Opava: Slezská univerzita v Opavě, Filozoficko-přírodovědecká fakulta, Ústav fyziky, 2014. ISBN 978-80-7248-941-1.

Doporučená literatura:

SOJKA, Eduard. Digitální zpracování a analýza obrazů. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2000. ISBN 80-7078-746-5.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Protokoly z laboratorních cvičení. Povinná účast na cvičeních minimálně 80% vyučovaných hodin. Písemný test na látku z výpočetních cvičení. Písemná a ústní zkouška.

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerekvizitou je předmět Lékařské zobrazovací systémy I. Student musí mít znalosti programování v Matlabu.

Prerekvizity

Kód předmětuZkratkaNázevPovinnost
450-4073 LZS I Lékařské zobrazovací systémy I Povinná

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky a laboratorní cvičení 1. Základy zpracování medicínských dat v SW MATLAB a Simulink. Úvod do procesu zobrazení, parametry expozice, fotometrické a radiometrické veličiny a definice elementární jednotky 2D a 3D obrazu. 2. Základní techniky pro úpravu a reprezentaci digitálního obrazu: diskretizace, matematický popis obrazového signálu, hodnocení kvality procesu zobrazení, histogram, modely entropie, modulace barvy a základní modely reprezentace obrazu. 3. Jasové transformace: základní typy a matematické modely pro jasové transformace a transformace kontrastu. Aplikace jasových transformací pro optimalizaci jasových charakteristik medicínských objektů v rámci předzpracování obrazu. 4. Geometrické transformace: základní typy transformací, algoritmy pro rotaci a translaci obrazu, afinní transformace, algoritmy pro interpolaci obrazu a definice RoI a VoI. 5. Prostorová analýza obrazu: matematický aparát obrazové konvoluce pro filtraci obrazu. Definice průměrového a mediánového filtru v prostorové oblasti. NF a VF filtrace obrazu. Aplikace filtračních procedur v prostorové oblasti na medicínské obrazová data. 6. Frekvenční analýza obrazu: reprezentace prostorových obrazových frekvencí, 2D Fourierova transformace, algoritmy pro výpočet FFT a návrh filtrů ve frekvenční doméně. Aplikace filtračních procedur ve frekvenční oblasti na medicínské obrazová data. 7. Analýza obrazového šumu: matematické modely šumu, parametry šumu, vybrané implementace obrazového šumu na CT a MR data a analýza hodnocení šumu v obraze. 8. Detekce hran: definice hranových bodů a hran objektů, základní modely obrazové hrany, základní operátory pro detekci hran v medicínských obrazech. 9. Detekce objektů v obraze: segmentace obrazu na základě prahování histogramu, fuzzy prahování a algoritmy pro regionální segmentaci obrazu. 10. Iterační segmentační metody: detekce hranic objektů na základě metod aktivních kontur a level set metod. Analýza základních algoritmů a parametrů v aplikaci na vybrané objekty v medicínských obrazech. 11. Klasifikace obrazu: principy klasifikace dat, základní modely pro klasifikaci medicínských obrazových dat a extrakce obrazových příznaků. 12. Metody umělé inteligence: model neuronu a základních neuronových sítí. Klasifikace a segmentace obrazu na základě neuronových sítí a deep learning. 13. Shlukovací analýza: základní metody: K means a FCM. Aplikace metod pro segmentaci a klasifikaci obrazu. 14. Základní rekonstrukční techniky pro CT a MR: analýza sinogramu, zpětná, filtrovaná zpětná projekce, iterativní rekonstrukce CT obrazu, k-space a MR obrazový signál. Pro každou přednášku je realizováno cvičení se stejnou náplní. Cvičení budou realizována v SW Matlab.

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 2019/2020 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40  20
        Zkouška Zkouška 60 (60) 30
                Písemná zkouška Písemná zkouška 40  20
                Ústní zkouška Ústní zkouška 20  5
Rozsah povinné účasti: Semestrální projekt. Ústní a písemná zkouška.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (N0788A060001) Biomedicínské inženýrství MZD P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2019/2020 (N0788A060001) Biomedicínské inženýrství MZD K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku