460-4052/01 – Lékařské zobrazovací systémy I (LZS I)

Cílem předmětu je seznámit posluchače s konstrukcí konvenčních lékařských zobrazovacích systémů, principem vzniku sumačního obrazu, a dále pak s metodami zpracování a vizualizace obrazových dat pocházejících z těchto systémů.

Obsahem předmětu je seznámení se s procesem zobrazení, metodami snímání a zpracování obrazu a celkového hodnocení kvality procesu zobrazení. Dále pak je obsahem popis základních fyzikálních a technických aspektů analogových a digitálních zobrazovacích systémů, infra systémy, RTG systémů, digitální radiografie a klasických zobrazovacích systémů v nukleární medicíně. Náplň přednášek 1.Úvod do procesu zobrazení, oko jako zobrazovací systém, psychosenzorický vjem, parametry expozice, fotometrické a radiometrické veličiny, vyjádření barev, vlnová délka, histogram, voxel a pixel. 2.Vznik a reprezentace obrazu. Obecné základy zpracování obrazů: Diskretizace. Linearita a nelinearita procesu zobrazení, vyjádření obrazu jako 2D signálu, hodnocení kvality procesu zobrazení. 3.Práce s obrazovými daty, parametry obrazu. Analýza obrazu v prostorové oblasti. Konvoluce obrazových dat. 4.Integrální transformace obrazových dat. Filtrace obrazu. Inverzní filtrace, Wienerova filtrace, změna kontrastu a jasu, modulace barvy 5.Přenosové vlastnosti zobrazovacích soustav (MTF, PSF). Amplitudové a fázové spektrum obrazu. 6.Komprese obrazu: Principy komprese a kompresní standardy. Vyhodnocování kvality komprese s ohledem na diagnostickou spolehlivost. Archivování medicínských obrazů, archivační systémy. 7.Segmentace obrazu: Základní metody segmentace. Detekce hran. Aktivní kontury a level sety. Segmentace neuronovými sítěmi. Segmentace objemových medicínských dat. 8.Analýza medicínských obrazů: Detekce geometrických primitiv a objektů. Ukázky technik detekce různých objektů v obrazech z různých zdrojů. 9.Televizní snímací prvky: optické, obrazové snímače CCD. Televizní zobrazovací systémy. Displeje pro zobrazovací systémy - vakuové, LCD displeje, displeje s výboji v plynech, projektory televizního obrazu. Videoendoskopie. 10.Infra snímací kamery, opticko-mechanický rozklad. Signálový radiační tok, modulace signálu, obecný proces infrazobrazení, základní principy konstrukce, třídění IR zobrazovacích systémů. Konstrukce IR zobrazovacích systémů, detektory IR záření. 11.Ionizující záření, rentgenová technika, fyzikální principy, zdroje a detektory. Bezpečnostní rizika, princip ALARA. Mechanismy interakce záření rentgenového záření. 12.Princip procesu zobrazení projekční RTG, digitální radiografie. Restaurační techniky, kvantitativní hodnocení. Angiografie. 13.Radionuklidové zobrazovací techniky, planární gamagrafie. Principy a metody získávání obrazu. Mechanismy interakce záření gama. Angerova kamera. Náplň laboratorních cvičení 1. Úvod do praktických cvičení v prostředí MATLAB. 2. Testování psychosenzorického vjemu vidění, fyziologické vlastnosti oka. Prostorová rozlišovací schopnost, závislost prostorového rozlišení na kontrastu. Barevná rozlišovací schopnost, spektrální citlivost, časová rozlišovací schopnost. 3. Zadání semestrálního projektu. 4. Základy práce s obrazovými daty, parametry obrazu. 5. Úprava základních parametrů obrazových dat. 6. Analýza obrazu v prostorové oblasti. Konvoluce obrazu a její aplikace. 7. Analýza obrazu ve frekvenční oblasti. Amplitudové a fázové spektrum. 8. Transformace obrazu. Inverzní filtrace, Wienerova filtrace. 9. Modelování zkreslení v procesu zobrazeni - MTF, frekvenční přenos obrazu. 10. Modelování zkreslení v procesu zobrazeni - PSF, impulsní charakteristika transformace obrazu. 11. Samostatná práce na projektu. 12. Prezentace a vyhodnocení projektu. 13. Exkurse na odborné pracoviště a praktické předvedení konvekčních zobrazovacích systémů. 14. Zápočtový test

Hozman, J., Bernas, M., Klíma, M., Dvořák, P. Zpracování obrazové informace. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1996. Drastich, A.: Zobrazovací systémy v lékařství,Ediční středisko VUT Brno. 1990 Cho, Z.H., Jones, J.P., Singh, M. Foundations of Medical Imaging. New York: John Wiley&Sons, Inc. 1993 Ed. S Webb The Physics of Medical Imaging. Bristol: Institute of Physics Publishing (IoP). 1988 Webb A., Introduction to Biomedical Imaging. IEEE press.2003 Sonka M., Fitzpatrick J. M., Handbook of Medical Imaging, vol.2. SPIE Press, 2000 Bronzino, J. D. The Biomedical Engineering Handbook. Boca Raton: CRC Press. 1995 Webb A., Introduction to Biomedical Imaging. IEEE press.2003 Webster, J.: Medical instrumentation: Aplication and Design, ISBN 0471153680, 1997 Carr, J., Brown, M.: Introducion to Biomedical Equipment Technofogy (4th edition), ISBN 0130104922, 2000

Podmínky udělení zápočtu: student obdrží započet po dosažení min 10 bodů (max.40) ze semestrálního projektu a zápočtového testu.