Aplikovaná optoelektronika v lékařství

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Cíle a perspektivy neinvazivích měřících metod v rámci biomedicínského inženýrství. Ekologické a sociálné-medicínské aspekty. Optoelektronické senzory pro lékařskou diagnostiku. Základy ekologické a fyziologické optiky. Definice a spektroskopická měření optických parametrů tkáně. Modelování rozptylu fotonů v živé tkáni (metody Kubelka-Munk a Monte Carlo). Biofyzikální základy optickych zobrazovacích metod.

Požadavky:

Dokončené bakalařské studium. Aktivní účast na 80% cvičení, ppt prezentace.

Zkouška: písemná část, ústní část

Osnova přednášek:

1. Úvod do předmětu. Vf-technika a optoelektronika ve vztahu k BMI.

2.Úlohy, cíle a možnosti optoelektroniky při neinvazivním snímání biosignálů v rámci lékařské diagnostiky, historický vývoj a moderní příklady řešení optoelektronických senzorů.

3. Optické záření a vznik života na zemi, ekologické a biofyzikální aspekty.

Planeta Země v radiačním poli slunce, základní optické parametry zemské atmosféry a lidské kůže „in vivo“ a „in vitro“, energetický pohon země.

4. Metrologické aspekty optoelektroniky, biofyzika vnímání světla.

5.Spektrální intenzita záření, vyzařovací zákony, radiometrie, fotometrie, fysiologická optika, lidské oko jako detektor-array a jeho spektrální citlivost. Reflekční mechanizmy optického záření na biologické tkáňi.

6. Komponenty optoelektronických senzorů, světlovodiče pro lékařské aplikace.

7.Polychromatické a monochromatické zdroje záření, optické a mechanické komponenty pro reflekční a transmisní aplikační modus, detektory záření.

8. Optika biologické tkáňe. Definice, teoretické a experimentální základy.Úvod a základní definice, numerické a experimentální přístupy.

9.Reflekční spektroskopie. Charakterizace rozptylu a možnosti jeho měření. Barva tkáňe a základy barevné analýzy.10.Transport fotonů lidskou tkání, optický model lidské kůže.

Principielní přístupy k popisu penetrace fotonů tkáňí, numerické metody, simulační postupy a měřící koncepty.

11.Teorie transportu záření, teorie Kubelka-Munk, metoda Monte-Carlo.

12. Biofyzikální a fysiologicko-anatomické základy lidského krevního oběhu.

Základní systémové informace, funkční parametry a neinvazivní možnosti jejich měření. Koncept modelování a simulace dynamiky krevního oběhu pomocí teorie elektrických vedení.

13.Moderní optoelektronické senzorové koncepty a jejich hlavní diagnostické aplikace.

Základy fotopletysmografie (PPG) pro transkutánní analysu periferní hemodynamiky. Žilní a arterielní testy v rámci funkční kardiovaskulární diagnostiky. Koncepty pro leteckou a kosmickou medicínu.

14.Klasické optoelektronické zobrazovací metody v rámci lékařské diagnostiky.

Úloha zobrazovacích metod v medicíně, historický vývoj. Realizační koncepty metod IR-Fotografie, IR-Diafanoskopie a Laser-Doppler-Perfusion-Imaging a typické aplikace.

10. Moderní optoelektronické zobrazovací metody v rámci lékařské

diagnostiky.

Základní teoretické, koncepční a realizační aspekty metod Photoplethysmo-graphy-Imaging (PPGI) a Optical Coherence Tomography (OCT), jejich současný diagnostický význam a budoucí vývojové cíle

Výuka probíhá blokově na FEL ČVUT v týdnu do 23.1. do 27.1.2012, a to od 9.00 do 10.30 hod a od 11.00 do 12.30 hod.

Od 30.1. do 1.2. bude prof. Blažek zkoušet.

Osnova cvičení:

Tématika cvičení sleduje látku přednášky.

Cíle studia:

Cíle a perspektivy neinvazivních měřících metod v rámci biomedicínského inženýrství. Ekologické a sociálně-medicínské aspekty. Optoelektronické senzory pro lékařskou diagnostiku. Základy ekologické fyziologické optiky. Definice a spektroskopická měření optických parametrů tkáně. Modelování rozptylu fotonů v živé tkáni (metody Kubelka-

Munk a Monte Carlo). Biofyzikální základy optických zobrazovacích metod.

Studijní materiály:

[1] Blazek, V.: Angewandte Optoelektronik in der Medizin, skriptum RWTH Aachen 2006

[2] Blazek, V.: Aplikovaná optoelektronika v lékařství, doprovodný seznam přednáško-

vých fólii CVUT Praha 2007

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterský studijní obor Přístroje a metody pro biomedicínu (povinný předmět)