Zobrazovací systémy v lékařství - zkouška

Okruhy a příklady otázek ke zkoušce

Kromě níže uvedených otázek musíte znát i věci probrané na cvičení a být schopni vyřešit příklady zmíněné na přednáškách. V písemce mohou být i jednoduché příklady na výpočty používající probrané vzorce. K písemce si přineste pouze psací potřeby, eventuelně kalkulačku, ale bude stačit i dosazení do vzorce a přibližný výsledek.

1. Mikroskopie. Aplikace, výhody, nevýhody. Konstrukce mikroskopu. Zvětšení. Tvorba obrazu. Obrazy nultého, prvního, ... řádu. Difrakce. Limit rozlišení. Osvětlení. Optické aberace, korekce. Techniky zvýšení kontrastu (tmavé pole, Rheinbergovo osvětlení, fázový kontrast, polarizace, Hoffmanova modulace, differenciální interference). Fluorescenční mikroskopie. Elektronová mikroskopie. Konfokální mikroskopie a OCT. Automatizace. Senzory.
2. Rentgenologie, rentgenové paprsky, elektromagnetické spektrum, konstrukce rentgenu, zdroj záření a jeho vlastnosti, interakce záření s hmotou (např. fotoelektrický jev), zeslabování při průchodu tkání, zlepšování kvality obrazu, snímací prvky (film a digitální), šum, rozlišení, kontrastní látky, angiografie, použití v medicíně.
3. Základní principy lékařského rentgenového zobrazování. Princip rentgenové počítačové tomografie (CT). Výhody a nevýhody tomografie ve srovnání s klasickou transmisní rentgenologií. Přehled tomografických systému založených na jiných fyzikálních principech. Intenzita signálu po průchodu tkání, koeficientu útlumu. Hounsfieldovy jednotky. Vytvrzování svazku. Princip tomografické rekonstrukce.
4. Konstrukce CT systémů - 1,2,3,4 generace. Sektor záření, inverzní sektor záření. Kolimace. Zdroj záření. Detektory záření. Korekce a kalibrace u CT přístrojů.
5. Princip rekonstrukce z projekcí. Logaritmus poměru intenzit. Radonova transformace. Sinogram a jeho vlastnosti. Věta o centrálním řezu (central slice theorem). Zpětná projekce. Analytická rekonstrukce (ve Fourierově oblasti). Inverzní Radonova transformace. Filtrovaná zpětná projekce. Ideální a prakticky používané filtry. Algebraická rekonstrukce. Iterativní řešení.
6. Rovnoběžné paprsky a vějířovité paprsky (fan beam). Fan-beam rekonstrukční metody.
7. 3D počítačová tomografie, rotační a spirální metoda. Interpolace, parametr 'pitch'.
8. Radiační dávka, dávkový ekvivalent, bezpečnostní limit. Prostorové rozlišení CT obrazu, artefakty.
9. Klinické aplikace počítačové tomografie.
10. Principy lékařského ultrazvukového zobrazování. Akustika, šíření, rozptyl, odraz a lom ultrazvuku. Rychlost šíření. Charakteristická (specifická) impedance. Odraz na rozhraní. Útlum a jeho frekvenční závislost.
11. Konstrukce lékařského ultrazvukového přístroje. Klinické aplikace. Zobrazovací módy (A,B,M,Doppler).
12. Generování a detekce UZ. Piezoelektrický jev. Konstrukce sondy. Lineární a sektorová sonda. Fokusace (akustická a elektronická), směrování svazku při příjmu a vysílání.
13. Zpracování signálu z UZ sondy - demodulace, filtrace, amplitudová korekce, interpolace. Charakteristika ultrazvukového obrazu. Rozlišovací schopnost. Vady ultrazvukového zobrazování.
14. Dopplerovský ultrazvuk. Dopplerův princip, změna frekvence. Demodulace. Kontinuální a pulzní systémy (CW a PW). Omezení rozsahu rychlostí. Použití.
15. Kontrastní látky pro ultrazvukové zobrazování. Principy, použití.
16. Harmonické zobrazování, principy a použití. Pulse inversion.
17. 3D UZ zobrazování. Principy, použití, analýza dat.
18. Magnetická rezonance v lékařství, základní principy a použití. Konstrukce skenerů a magnetů. Klinické aplikace.
19. Jaderný spin. Larmorova frekvence, gyromagnetická konstanta. Biologicky relevantni prvky pro MR. Spin v magnetickém poli. Tepelná rovnováha, vliv teploty. Makroskopická magnetizace.
20. Relaxace spinů, časové konstanty T1,T2, T2*. Rotující soustava souřadnic. Precese. Excitace. Flip angle (90,180). Blochova rovnice.
21. Excitační sekvence (FID, spin-echo, inversion recovery), časové diagramy, vlastnosti. Parametry TE, TR. Intenzita přijímaného signálu.
22. Nukleární magnetická spektroskopie. Excitace vybrané části vzorku. Chemický posun. Shimming (nastavování magnetického pole). Přijímací cívka a přijímaný signál. Kvadraturní detekce.
23. Kódování polohy v MR zobrazování. Výběr řezu, šířka řezu, tvar excitačního impulzu. Frekvenční a fázový kódovací gradient. Rekonstrukce pomocí zpětné projekce. Časové diagramy sekvencí. Orientace roviny řezu, šikmé zobrazování.
24. Rovnice přijímaného MRI signálu, k-prostor. Vzorkování k-prostoru. Zobrazovaný prostor (FOV), aliasing (přeložení). Rekonstrukce pomocí Fourierovy transformace. Omezení rozlišení vinou relaxace.
25. Gradient echo, princip a vlastnosti. Úplná a částečná excitace. Desynchronizační gradient. Časový diagram. Multislice zobrazování. Kalibrace a ustálení u gradient echa
26. `Kontrast', T1, T2, PD vážené sekvence, nastavení parametrů. Optimální (Ernstův) úhel pro gradient-echo sekvenci. Průměrování.
27. MRI hardware. Místnost. Magnet - typy (např. supravodivý), konstrukce. Gradientní cívky. Snímací a excitační cívky. Fantom. MRI artefakty. Bezpečnost.
28. Lékařské aplikace MRI. Výhody a nevýhody, vhodnost a nevhodnost MRI.
29. 3D MRI zobrazování (volume imaging). Rychlé zobrazování - důvody, principy. Částečné snímání, několikanásobné echo. EPI, popis v k-prostoru, časový diagram. Paralelní MRI. Vliv šířky pásma. Chemical shift imaging (potlačení tuku). Měření T1,T2,PD. Segmentace.
30. Kontrastní látky pro MRI. Angiografie - time-of-flight, fázový kontrast, s kontrastní látkou. Klinické použití angiografie. Perfusní MRI.
31. Tagged MRI, principy a použití. Difusní MRI, principy a použití.
32. MRI spektroskopie (s prostorovým rozlišením).
33. Neprotonové MRI.
34. Funkční zobrazování mozku, motivace, principy, aplikace. Mapování mozku. Atlas mozku, prostorová normalizace. Neinvazivní techniky (MEG,EEG,fMRI, PET) a jejich časové a prostorové rozlišení.
35. BOLD efekt, BOLD snímání pomocí MRI. Hemodynamická odezva. fMRI experiment.
36. Vyhodnocování fMRI dat. Signál a šum. Předzpracování. Průměrování. Obecný lineární model, regrese. Statistické testování, t-test, F-test. Bonferroni korekce. Volba regresorů. fMRI kontrast. Návrh experimentu - blokový a event-related experiment, dodatečné třídění.
37. Nukleární zobrazovací metody, principy a vlastnosti. Transmisní a emisní zobrazování. Radioaktivita, radioaktivní rozpad. Produkce radionuklidů. Cyklotron. Radiofarmaka.
38. Gama kamera, princip. Kolimace, Detektory. Artefakty. Klinické použití.
39. SPECT, princip, konstrukce. Kontrastní látka (radiofarmakum). Rekonstrukce. Vlastnosti obrazu. Klinické použití. SPECT+CT
40. PET. Princip. Radiofarmakum. Anihilace pozitronu. Konstrukce, koincidenční detekce. Vlastnosti obrazu, artefakty. Útlum, odhad a korekce útlumu. PET versus SPECT. Rekonstrukce, EM algoritmus. PET+CT. Time-of-flight PET (TOFPET). Klinické aplikace (onkologie, kardiologie). Fúze dat.