Detail předmětu

Imaging Systems with Ionizeing Radiation

FEKT-MPA-ZIZAk. rok: 2022/2023

Tento kurz je zaměřen na využití ionizujícího záření v oblasti lékařského zobrazování. V první části kurzu jsou probírány základy atomové fyziky nutné pro pochopení fyzikálních principů využívaných v oblasti rentgenového a gama záření. Dále jsou probrány rentgenové (RTG) zobrazovací systémy od klasických skiagrafických systémů, přes skiaskopické systémy, mamografii, kostní denzitometrii až k zubním rentgenům. Diskutována je konstrukce systémů - rentgenka a detektory, výhody a nevýhody tohoto zobrazení. V návaznosti na tuto část jsou probrány systémy výpočetní tomografie (CT). Důraz je věnován na postupy pro rekonstrukci obrazů z projekcí (využití Radonova transformace) a konstrukci těchto systémů. V druhé části tohoto kurzu jsou probrány systémy nukleární medicíny pro lékařské zobrazování. Nejjednodušším systémem je planární gamagrafie, principy jsou dále rozvinuty a použity při jednofotonové emisní tomografii (SPECT). Další modalitou je pozitronová emisní tomografie (PET), která využívá pozitronového záření. U těchto systémů je popsána příprava základních radiofarmak jako zdroj požadovaného typu záření, konstrukce detektorů a systému jako takového. V poslední skupině jsou probrány také hybridní systémy, které kombinují více modalit v jednom systému. Dále jsou diskutovány parametry celého procesu zobrazení a hodnocení kvality zobrazovacích systémů.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

Garant předmětu

Ing. Martin Mézl, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Nabízen zahradničním studentům

Všech fakult

Prerekvizity

Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Osnovy výuky

1. Historie zobrazovacích systémů – prvotní seznámení s jednotlivými modalitami, základní fyzikální objevy související s vývojem ZS, kvantitativní a kvalitativní parametry popisující zobrazovací systémy
2. Fyzika ionizujícího záření – elektromagnetické záření, atom a modely atomu, elektronové přechody a tvorba charakteristického záření a Augerových elektronů, stabilita jádra, radioaktivita, interakce záření s hmotou (všechny druhy), útlum záření
3. RTG systémy – sumační zobrazení, rentgenka – princip činnosti, charakteristické a brzdné záření, konstrukční typy rentgenek, materiály vhodné pro anody, požadavky na napájení rentgenky, filtrace a kolimace generovaného záření, primární clona
4. RTG systémy – rozptýlené záření, sekundární clona, detekce záření – fotografické filmy, digitální výpočetní radiografie (paměťové folie), flat panely s přímou i nepřímou detekcí záření, skiaskopická detekce – zesilovač jasu RTG obrazu, vliv nastavení parametrů akvizice na výsledný obraz
5. RTG systémy – požadavky na specifické aplikace a jejich realizace – skiaskopie, využití kontrastních látek, mamografie, dentální rentgeny, kostní denzitometrie, víceenergetické snímání, 3D digitální tomosyntéza, hodnocení kvality RTG zobrazovacích systémů
6. CT systémy – tomografické systémy, základní princip – paralelní projekce, rekonstrukce z projekcí – algebraická metoda (ilustrativní příklad), prostá zpětná projekce, filtrovaná zpětná projekce, iterativní rekonstrukce, současné používané algoritmy, vějířová projekce, metody interpolace helikálních dat a dat z vícevrstvých systémů, CT číslo
7. CT systémy – historický přehled vývoje CT systémů – první, druhá a třetí generace, slip-ring technologie, systémy využívající elektronových děl, helikální systémy, vícevrstvé systémy, rentgenky pro CT systémy – požadavky, konstrukce, realizace
8. CT systémy – detektory – ionizační, scintilační, principy výroby a konstrukce moderních vícevrstvých detektorů, akviziční parametry – anodové napětí, anodový proud, helical pitch, binning, požadavky na dílčí části zařízení – gantry, pacientský stůl, řízení akvizice, realizace od konkrétních výrobců, dosažitelné parametry, artefakty zobrazení
9. ZS nukleární medicíny – radionuklidy jako zdroje ionizujícího záření, zobrazení sumační – planární gamagrafie, konstrukce Angerovy gamakamery, polovodičové detektory, využití
10. ZS nukleární medicíny – tomografické systémy SPECT a PET – definice jednotlivých projekcí a následná rekonstrukce obrazu, využívané typy detektorů, koincidenční a „time of flight“ detekce, používané radionuklidy a jejich příprava (Tc-99m, FDG, a další)
11. Hybridní zobrazovací systémy – kombinace více modalit, výhody a nevýhody, korekce útlumu u ZS nukleární medicíny, realizace hardwarová i softwarová
12. Radiační biologie – dávka záření, možné negativní účinky ionizujícího záření během diagnostických vyšetření, limity pro dávky, měření a simulací záření

Učební cíle

Cílem tohoto kurzu je rozšířit znalosti z bakalářského stupně v oblasti lékařské fyziky a zobrazovacích systémů. Tento kurz je zaměřen na využití ionizujícího záření v oblasti lékařského zobrazování. Postupně se zaměříme na klasické rentgenové (RTG) systémy, systémy výpočetní tomografie a nukleární medicíny.

Základní literatura

JERROLD T. BUSHBERG . Essential physics of medical imaging. 3. ed., Internat. ed. S.l.: Lippincott Williams And W, 2011. ISBN 9781451118100. (CS)
BRONZINO, Joseph D. The biomedical engineering handbook. Medical Devices and Systems. 3rd ed. Boca Raton: CRC/Taylor & Francis, 2006. ISBN 0849321220. (CS)
CHERRY, Simon R, James A SORENSON a Michael E PHELPS. Physics in nuclear medicine. 4th ed. Philadelphia: Elsevier/Saunders, c2012. ISBN 978-1-4160-5198-5. (CS)
RUSSO, Paolo, [2017]. Handbook of X-ray imaging: physics and technology. Boca Raton. ISBN 14-987-4152-5. (CS)
Mettler, A.F., Guiberteau M. J.: Essentials of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, 7th Edition, Elsevier, 2018 (EN)
Buzug T.M.: Computed Tomography: From Photon Statistics to Modern Cone-bean CT, Springer, 2010 (EN)
Gilmore D., Waterstram-Rich, K.: Nuclear Medicine and PET/CT: Technology and Techniques, 8th Edition, Mosby, 2016 (EN)

eLearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech