450-8415/01 – Fyzikální a přístrojová technika nukleární medicíny (FPT)
| Garantující katedra | Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrství | Kredity | 3 |
| Garant předmětu | RNDr. Vojtěch Ullmann | Garant verze předmětu | RNDr. Vojtěch Ullmann |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2010/2011 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | bakalářské, navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Seznámení s oborem nukleární medicíny, radionuklidovou diagnostikou a terapií
Seznámení s fyzikálními principy scintigrafického zobrazení distribuce radioindikátoru v organismu pomocí zevní detekce záření.
Seznámení s podstatou vzniku scintigrafického obrazu a technickými principy Angerovy kamery analogové a digitální.
Seznámit s vlastnostmi celého sortimentu kolimátorů pro scintigrafii a s principy jejich optimální volby
Seznámení s principy a technickou realizací tomografické scintigrafie SPECT a PET
Poskytnout takové teoretické znalosti i praktické dovednosti, které umožní dosáhnou správného scintigrafického zobrazení všech orgánů a struktur, optimalizovat zobrazovací podmínky s ohledem na potřeby vyšetření, stav pacienta a možnosti zobrazovací technologie (planární-SPECT-PET).
Získat znalosti umožňující kvantitativní vyhodnocení scintigrafických dat pomocí výpočetní techniky
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Fyzikální a technické principy radionuklidových metod, scintigrafie, analogové a digitální zpracování scintigrafických obrazů, scintigrafie statická a dynamická, planární a tomografická (SPECT, PET), vizuální hodnocení a matematická analýza scintigrafických dat.
Povinná literatura:
Saha G.B.: Physics and radiobiology of Nuclear Medicine. Springer, New York 2000
Ullmann V.: Jaderná fyzika a fyzika ionizujícího záření. Elektronická forma:
-http://AstroNuklFyzika.cz/Fyzika-NuklMed.htm
Radioisotopová scintigrafie:
-http: //astronuklfyzika.cz/Scintigrafie.htm
Doporučená literatura:
Bakos K. a kol.: Nukleární medicína. SPES, Praha 1996
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Zápočet bude udělen za aktivní účast na výuce.
E-learning
Další požadavky na studenta
Žádné další požadavky nejsou na studenta kladeny.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Náplň přednášek
1.Definice a náplň oboru nukleární medicíny
2.Podstata radionuklidové scintigrafie
3.Scintilační kamery
4.Tomografické kamery
5.Kontrola kvality a fantomová scintigrafická měření
6.Vztah scintigrafie a ostatních zobrazovacích metod
7.Střádání (akvizice) scintigrafických studií do počítače
8.Počítačové zpracování scintigrafických studií
9.Filtry a filtrace
10.Vyhodnocování komplexními programy
11.Ochrana před zářením v nukleární medicíně
Náplň laboratorních cvičení
1.Biologické využití radionuklidů - diagnostika, terapie. Otevřené zářiče,
radioindikátory a radiofarmaka. Metody in vivo a in vitro. Měření
radioaktivity vzorků (in vitro) Geometrie měření : 4 - geometrie, polohová a objemová závislost účinnosti měření, absorpce a samoabsorpce záření. Nastavení detekční aparatury. Automaty pro měření sérií vzorků. Vícedetektorové systémy - konstrukce, spektrometrické nastavení, korekce rozdílné účinnosti detektorů, kontrola funkce a standardizace. Hybridní systémy. Měření radioaktivity v organismu (in vivo) Celotělová a lokální měření. Kolimace. Absorpce záření v
tkáni, vliv rozptýleného záření a potlačení jeho detekce. Dynamická měření -
principy a technická realizace, vliv mrtvé doby, výhody a nevýhody oproti
dynamické scintigrafii. Radionuklidová renografie. Radiofarmaka Druhy
radiofarmak, příprava a značení, generátory. Vlastnosti radiofarmak –
fyzikální a chemické vlastnosti, aplikační forma, radionuklidová a chemická čistota, stabilita, sterilita, apyrogenita, kontrolní metody.
2. Základní principy scintigrafického zobrazení. Scintigrafie planární a
tomografická. Scintigrafie statická a dynamická. Pohybové scintigrafy -
princip činnosti a konstrukce, fokusační kolimátory, registrační zařízení.
3. Princip činnosti Angerovy kamery – kolimace záření , tenký
velkoplošný scintilační krystal, soustava fotonásobičů, komparátor a vznik souřadnicových impulsů X-Y, sumární zesilovač, analyzátor a vznik trigrovacích impulsů Z, zobrazení scintigrafického obrazu na osciloskopu. Kolimátory – konstrukce (paralelní, divergentní, konvergentní, jednoděrové, speciální kolimátory „fan beam“ pro SPECT) energetické vlastnosti, citlivost (účinnost), prostorové rozlišení, zásady pro optimální volbu kolimátorů. Zobrazovací vlastnosti
kamery - vnitřní rozlišení detektoru a celková rozlišovací schopnost kamery.
Homogenita zorného pole. Mrtvá doba scintilační kamery. Analogové obrazy a
digitální obrazy - analogově-digitální konvertor (ADC), připojení kamery k
počítači.
4. Základní principy tomografického zobrazení. SPECT - princip činnosti
jednofotonové emisní počítačové tomografie, střádání a rekonstrukce
tomografických obrazů. Kamery PET - princip činosti, vhodné radionuklidy,
možnosti využití.
5. Homogenita zorného pole kamery - měření s bodovým zářičem a plošným zdrojem, stanovení nehomogenity zorného pole. Rozlišení kamery - vnitřní a celkové rozlišení, měření s bodovým a čárovým zdrojem. Stanovení měřítka zobrazení.Mrtvá doba - mrtvá doba kamery a efektivní mrtvá doba systému kamera+počítač, měření metodou dvouvzorkovou, vícevzorkovou a metodou kontinuální změny aktivity. Fantomová měření - fantomy pro statickou scintigrafii (štítné žlázy, jater, ...), dynamické fantomy (např. srdeční), přínos fantomových měření.
6. Společné vlastnosti a rozdíly mezi scintigrafií, rentgenovým zobrazením
konvenčním a CT, sonografií a nukleární magnetickou rezonancí. Výhody,
nevýhody a komplementarita jednotlivých metod
7. Střádání (akvizice) scintigrafických studií - digitalizace obrazu, matice
pro střádání, měřítko zobrazení ("zoom"), předvolby času a impulsů, zadávání údajů o scintigrafických studiích. Střádání dynamických studií - předvolba snímkové frekvence, grupování snímků, spuštění a ukončení studie. Synchronizace scintigrafických studií se signály EKG (hradlování, gatování), vylučování anomálních srdečních cyklů. Střádání studií SPECT – volba obrazové matice, počet a úhly projekcí, rychlost rotace, rotace kruhová a eliptická, korekce na atenuaci, korekce na pohyb centra rotace, sinogram.
8. Zpracování scintigrafického obrazu - jasová a barevná modulace, zvětšování a
zmenšování obrazů, vyhlazování obrazu (filtry, výhody a úskalí filtrace),
skládání a aritmetické operace s obrazy, vyznačování zájmových oblastí (ROI)
na obraze a stanovení poměrů lokálních aktivit, korekce na homogenitu zorného
pole kamery. Základní zpracování dynamických studií - zobrazení sekvencí snímků, skládání snímků, konstrukce křivek časového průběhu radioaktivity v ROI,
korekce na mrtvou dobu systému kamera-počítač. Zobrazení a matematické
zpracování křivek - vyhlazování, stanovení plochy pod křivkou, derivace a
integrace, prokládání funkcí metodou nejmenších čtverců (lineární a
exponenciální funkce - jejich význam), dekonvoluční analýza – tranzitní funkce
a časy.. Parametrické obrazy - princip konstrukce lokálně parametrických
obrazů, použití pro funkční scintigrafické studie, Fourierovská fázová analýza
(obrazy fáze a amplitudy, jejich hodnocení, lokální kvantifikace),
kondenzované obrazy pohybu radioindikátoru v zorném poli kamery. Vyhodnocování studií SPECT – rekonstrukce studie, vytvoření transverzálních řezů a trojrozměrného obrazu, voxely, filtrace, obrazy šikmých řezů. Přenos a archivace digitálních dat po síti.
9. Podstata filtrace - filtrace prostorová a časová, obrazů a křivek,
vyhlazování, fokusace a rekonstrukce obrazů. Filtrace v prostorové oblasti –
vyhlazování, konvoluce, váhová matice. Filtrace ve frekvenční oblasti –
Fourierovská transformace, frekvenční spektrum amplitud harmonických funkcí,
násobení filtrem, zpětná Fourier. transformace, Nyquistova frekvence. Filtrace
u zpětné projekce SPECT – princip rekonstrukce a vznik hvězdicových (star)
artefaktů, aplikace filtru RAMP a potlačení„star-efektu“, vyhlazující
filtry „low pass“, filtry fokusační a kombinované, form-faktory filtrů a
obecné zásady pro používání filtrů.
10. Základní principy matematické analýzy a komplexního vyhodnocování některých typických scintigrafických studií - ventrikulografie, radiokardiografie,
scintigrafie myokardu, statické a dynamické scintigrafie ledvin, dynamické
scintigrafie jater (cholescintigrafie), dynamické scintigrafie jícnu a žaludku .....
11. Biologické účinky ionizujícího záření (deterministické a stochastické),
základní způsoby ochrany před zářením, problematika stínění, kontaminace
(vnější a vnitřní) a dekontaminace. Dozimetrie záření a monitorování
pracovního prostředí. Rizika radiační zátěže v nukleární medicíně.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky