Mikrovlnná diagnostika a terapie

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

Interakce EM pole s biologickými tkáněmi a její využití v diagnostice a terapii. Numerické metody vhodné pro modelování těchto interakcí. Základy mikrovlnného zobrazování (MWI). Perspektivní aplikace mikrovlnné techniky v lékařské diagnostice: neinvazivní monitorování koncentrace glukózy v krvi, mikrovlnná detekce a klasifikace cévních mozkových příhod a raná detekce rakoviny prsu. Terapeutické systémy a aplikátory pro mikrovlnnou a RF lokální a regionální hypertermii. Plánování léčby. Návrh a testování aplikátorů.

Požadavky:

Požadavky pro úspěšné zakončení předmětu:

Účast na cvičeních a vypracování semestrální práce na studentem vybrané téma z nabídky přednášejícího.

Osnova přednášek:

1. Dielektrické vlastnosti biologických tkání od 0 do 10 GHz, fyzikální podstata, typy polarizací, fyzikální matematické modely, databáze hodnot dielektrických vlastností biologických tkání. Měření dielektrických vlastností biologických tkání koaxiální odraznou sondou, ex vivo/in vivo.

2. Anatomicky věrné modely lidského těla, segmentace MRI a CT snímků, fantomy. Electrical Properties Tomography (MREPT). Vztah mezi vlnovou délkou a rozlišovací schopností, šíření EM vln ztrátovým prostředím -biologickou tkání. Numerické metody výpočtu interakce EM pole s lidským tělem.

3. Neinvazivní mikrovlnné měření glukózy v krvi, současný stav a výzvy. MWI, definice problému, přímá a inverzní úloha, výhody, limity a překážky.

4. Linearizované metody v MWI pracující v reálném čase. Neinvazivní měření teploty během termoterapie pomocí MWI, mikrovlnné systémy pro detekci a identifikaci cévních mozkových příhod.

5. Mikrovlnné systémy pro ranou detekci rakoviny prsu, mikrovlnný radiometr v medicíně.

6. RF a MW hypertermie, fantomy biologických tkání, typy aplikátorů, metody testování aplikátorů.

7. Rovnice šíření tepla v biologických tkáních a její využití v modelování termoterapií.

Osnova cvičení:

1. Představení náplně cvičení, návštěva laboratoře a výběr témat semestrálních prací.

2. Měření dielektrický vlastností kapalin a vzorků biologických tkání.

3. Segmentace MRI snímků.

4. Plánování léčby v mikrovlnné regionální hypertermii.

5. Diferenční mikrovlnné zobrazování v reálném čase: implementace Bornova algoritmu.

6. Testování aplikátorů a systémů pro MW hypertermii.

7. Měření vitálních signálů pomocí mikrovlnného radaru.

Cíle studia:

V předmětu Mikrovlnná diagnostika a terapie se studenti seznámí s nejnovějšími trendy v návrhu a testování HW a SW mikrovlnné diagnostiky a terapie, jako například aplikátorů, anténních elementů, hypertermických a zobrazovacích systémů, plánování léčby a hodnocení rizik zdravotnický prostředků.

Cílem je zprostředkovat studentům obecný přehled o aktuálních příležitostech v této oblasti, kde se intenzivně kombinují numerické simulace elektromagnetických a teplotních polí, materiálové vlastnosti biologických tkání, anatomicky přesné modely a fantomy biologických tkání a pokročilé algoritmy pro plánování léčby a mikrovlnného zobrazování.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] VRBA, J. Lékařské aplikace mikrovlnné techniky, ČVUT v Praze, Fakulta elektrotechnická, 168 stran, 2003. ISBN 80-01-02705-8.

Doporučená literatura:

[1] VRBA, J. Perspektivní lékařské diagnostické metody založené na mikrovlnném měření dielektrických vlastností biologických tkání, habilitační práce, 2016.

[2] VRBA, J., LAPEŠ, M. Mikrovlnné aplikátory pro lékařské účely. Praha : ČVUT, 1995. 178 stran. ISBN 80-01-01359-6.

[3] Matteo Pastorino, Microwave Imaging, ed. 1st, John Wiley & Sons, Inc., 2010, ISBN 978-0-470-27800-0

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika (povinně volitelný předmět)
• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika (povinně volitelný předmět)