Detail předmětu

Analysis of Biomedical Images

FEKT-MPA-ABOAk. rok: 2026/2027

The subject is oriented towards providing overview of the methods of biomedical image analysis, and a good insight into their concepts, as related to the properties of the medical image data obtained by individual imaging modalities used in medicine and biology.  

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

6

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakaláøského studia, zejména v oblasti matematiky a zpracování signálù.

Základní teorie èíslicových zpracování signálù a obrazù.

Dále jsou požadovány pokroèilé znalosti programování v jazyce python.

 

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Requirements for completion of a course are elaborated by the lecturer responsible for the course every year; basically:
- obtaining at least the minimum number of points required and active participation in the demonstration exercises.
- successful passing of final written exam

Delimitation of controlled teaching and its procedures are specified by a regulation issued by the lecturer responsible for the course and updated for every year (see Rozvrhové jednotky); basically:
- obligatory computer-lab tutorial
- voluntary lecture

Učební cíle

Cílem předmětu je umožnit studentům získání přehledu a porozumění metodám analýzy medicínských obrazů a zvládnutí praktických postupů softwarové realizace těchto metod.
Absolvent předmětu je schopen:
- doporučit a kriticky hodnotit vhodnost jednotlivých metod analýzy medicínských obrazů pro konkrétní účel na základě teoretických i praktických znalostí, získaných v předmětu,
- realizovat implementaci těchto metod na vhodné softwarové platformě, popř. s využitím komerčního softwaru,
- být platným členem výzkumného / experimentálního mezioborového týmu v oblasti analýzy biomed. obrazových dat.

Základní literatura

Gengsheng Lawrence Zeng: Image Reconstruction, de Gruyter, 2017 (EN)
J. Jan: Medical Image Processing,Reconstruction and Restoration, CRC Taylor and Francis 2006 (EN)
J. Jan: Medical ImageProcessing, Reconstruction and Analysis 2nd edition CRC Press, Taylor & Francis 2020 (EN)
M. Nixon: Feature Extraction and Image Processing for Computer Vision, Academic Press (EN)

Doporučená literatura

M. Sonka, V. Hlavac: Image Processing, Analysis And Machine Vision, Cengage Learning, 2017 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-BTB magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program MPC-BIO magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program MPAD-BIO magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný, základní teoretický předmět profilujícího základu
  • Program MPA-BTB magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program MPA-BIO magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný, základní teoretický předmět profilujícího základu
  • Program MPCN-BTB magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program MPAN-BIO magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný

  • Program MPCN-BIO magisterský navazující

    specializace MPC-BIO_TECH , 1 ročník, letní semestr, povinný
    specializace MPC-SPORT_TECH , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

The lectures are divided into two mutually interconnected parts. In the first, theoretical part, students are introduced to the fundamental principles and methods of processing and analyzing image data used in biomedicine and clinical practice. Emphasis is placed on understanding mathematical foundations, algorithmic principles, and the logic of individual processing steps. In the second, application-oriented part, the theoretical knowledge is complemented by practical examples of procedures derived from real clinical practice and published scientific articles. Together with the instructor, students analyze specific methods, their limitations, approaches to evaluating results, and the appropriateness of their use for different types of medical data. This part also includes short student presentations based on selected published scientific articles. Their aim is to develop the ability to critically work with academic sources, understand modern methods, and navigate current trends in the field of medical image processing.

Lecture theory topics:
1. Introduction to biomedical imaging – overview of medical modalities and types of image data.
2. Discrete image and its representation – mathematical models, discretization, matrix representation.
3. Basic 2D transformations – Fourier transform, spatial and frequency filters.
4. Point and local operators – contrast adjustment, noise reduction, edge enhancement.
5. Feature extraction – textural features, convolution-based approaches.
6. Edge detection and edge representation – gradient operators, derivatives.
7. Image segmentation – thresholding, region-based methods, watershed, basics of machine learning.
8. Morphological operations – erosion, dilation, opening, closing.
9. Geometric transformations and image registration – rigid and nonlinear transformations.
10.Reconstruction from projections – backprojection, algebraic methods.

Application part of the lectures:
1. Practical examples from clinical practice (CT, MRI, ultrasound) – real tasks and procedures.
2. Analysis of published scientific articles – discussion of methods and results.
3. Advanced methods of modern research – e.g., deep learning, hybrid algorithms.
4. Student presentations of selected published articles.

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

PC exercises represent the practical component of the course and directly follow the topics covered in theoretical lectures. Each exercise begins with a short test verifying students’ understanding of the lecture content, thematically aligned with the topic of the given session. After the test, students work together with the instructor to implement and demonstrate practical applications of the discussed methods, solve typical problems in image processing, and examine how parameter settings influence the resulting outputs.
Students work individually on computers and complete tasks through practical programming in Python. The aim of the exercises is to develop the ability to apply image-processing methods in real tasks, understand the behavior of algorithms, and correctly interpret their outputs.
Outline of PC exercises:
1. Basic operations with discrete images, image spectrum; verification of Fourier transform properties.
2. Discrete 2D operators – point and local operations (contrast adjustment, gamma correction, edge enhancement, noise reduction).
3. Feature extraction – frequency-domain features, convolution-based features, texture analysis.
4. Edge detection – first- and second-derivative methods, combined approaches.
5. Image segmentation – simple, adaptive, multi- and semi-thresholding; Otsu’s method; region growing; watershed; parametric and geometric active contours; machine-learning approaches; morphological operations.
6. Object recognition – implementation of the Hough transform for line and circle detection.
7. 2D interpolation; implementation of rigid and affine geometric transformations; image registration and fusion.
8. Tomographic image reconstruction – inverse Radon transform approximation, sinogram construction, simple and filtered backprojection, fan-beam reconstruction.

Individuální příprava na závěrečnou zkoušku

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Individuální příprava na cvičení

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova


Students are provided with prepared study materials for each computer-based exercise. They are expected to study these materials independently in advance and, if necessary, look for additional information in lecture presentations or use other sources.