Основи методів інтроскопії в радіоелектроніці

Мета вивчення дисципліни:
Метою викладання дисципліни  є формування комплексу знань з принципів організації та роботи радіоелектронної апаратури інтроскопії,  розуміння фізичних процесів, що використовуються в інтроскопії, а також уявлення про можливості та обмеження сучасних методів медичної візуалізації, про конструкцію та особливості застосування різних типів томографів та сканерів для медичної діагностики. 

Практичне значення та використання отриманих знань:
Отримані знання можуть використовуватися при проведенні теоретичних, експериментальних та практичних робіт з використанням сучасних програмних засобів, інноваційних та інформаційних технологій, при роботі зі стандартною  апаратурою інтроскопії та експериментальними установками із застосуванням сучасних комп'ютерних технологій для розробки цифрових пристроїв та систем інтроскопії при виконанні кваліфікаційних робіт та інших навчальних завдань. 
    

Тематика та види навчальних занять

Лекційні заняття
Лекція 1. «Методи реконструкції зображень у медицині та області їх застосування».
Лекція 2. Рентгенографія. Області медичного застосування рентгенографії та РТ. Принцип отримання рентгенівського зображення. Взаємодія рентгенівського випромінювання із речовиною. Джерела випромінювання. Умови напівпрозорості. Обмеження енергію щодо біологічних об'єктів.
Лекція 3. Рентгенографія. Детектори випромінювання. Схема побудови рентгенографічної установки. Недоліки звичайній рентгенографії. Ідея РТ. Постановка задачі. Закон Бера. Рівняння Радону. Інтегральне рівняння Фредгольма І роду. Рішення рівняння методом ПФ без регуляризації та з регуляризацією. 
Лекція 4. Рентгенографія. П'ять поколінь рентгенівських томографів. Загальна схема обробки у РТ. Історична довідка за етапами розвитку магнітно-резонансної томографії
Лекція  5. Радіоізотопні зображення. Основні засади емісійної томографії. Взаємодія гама випромінювання із біологічними тканинами. Детектори випромінювання. Гамма камера. Характеристики радіонуклідів, які застосовуються для візуалізації. Одержання радіоізотопів.
Лекція 6. Радіоізотопні зображення.Планарна сцинтиграфія. Однофотонна емісійна комп'ютерна томографія. Позитронна емісійна томографія. Збір та обробка даних. Алгоритми реконструкції зображення.
Лекція  7. Ефект ЯМР. Області застосування ЯМР-томографії. Ефект ЯМР. Рівняння Лармор. Ансамбль протонів. Рух магнітних моментів ізольованих протонів у постійному та змінному магнітних полях. Рівняння Блоха. Відлуння-сигнал.
Лекція 8. Ефект ЯМР. Градієнтні поля. Реконструкція ЯМР-зображень. Приклади реконструкції зображень. Вплив неоднорідності полів на роздільну здатність томограм. Математичний облік технічних неоднорідностей полів. Синтез магнітного поля на осі котушки ЯМР-томограф. ФМРТ.
Лекція 9. Ендоскопія. Принципи одержання оптичного зображення внутрішніх органів. Заломлення світла на межі двох діелектриків. Умови повного відображення променя оптичних волокнах. Кут зору оптоволокна. Захисне покриття оптоволокна. Втрати під час передачі. Когерентні та некогерентні пучки. Конструкція ендоскопу. Області застосування ендоскопії.
Лекція 10. Ультразвуковая диагностика. Області застосування УЗД у медицині. Ультразвук. Поширення УЗ у різних тканинах. Основні засади отримання ультразвукового зображення. П'єзоелектричні кристали. Конструкція п'єзодатчика. Схема сканування. А-сканер. Лінійна система сканування. 
Лекція 11. Ультразвуковая диагностика . Основні характеристики УЗ сканерів. Формування УЗ променя. Ослаблення. Дозвіл. Прийом та обробка сигналів. Доплерівський ефект. Безперервно хвильовий доплер. Імпульсно хвильовий доплер. Контрастні речовини. Біологічні ефекти УЗ та стандарти безпеки. Переваги та обмеження УЗ діагностики.
Лекція 12.  Електроімпедансна томографія. Електроопір різних тканин організму. Умови перебігу струму в організмі. 
Лекція 13.  Електроімпедансна томографія Основні принципи виміру електричного опору. Схема вимірів. Дозвіл методу. Переваги та обмеження.
Лекція 14. Математичні завдання комп'ютерної томографії. Зворотні завдання реконструктивної томографії. 
Лекція 15. Математичні завдання комп'ютерної томографії.  Коректні та некоректні завдання. Методи вирішення обернених завдань. Методи регуляризації.

Лабораторні заняття
Лабораторна робота №1. «Рентгенографія. Дослідження характеристичних спектрів рентгенівського випромінювання».
Мета заняття: демонстрація рентгенівської флюоресценції, перевірка закону Мозлі для К-лінії характеристичного спектру, визначення атомної постійної екранації для електронів у К-шарі. Вивчити ослаблення рентгенівських променів залежно від товщини та виду поглинаючого матеріалу; перевірити закон Ламберта
Лабораторна робота №2. 2Радіоізотопні зображення «Амплітудний аналіз сигналів, що зчитуються з детекторів ядерних випромінювань2.
Мета заняття: Вивчення особливості застосування цифрових перетворювачів різного типу (перетворення у часовий інтервал, послідовного перетворення, паралельний), диференціальна нелінійність АЦП різного типу, метод Гатті для зменшення диференціальної нелінійності.
Лабораторна робота №3. «Комп'ютерна томографія. Знайомство з влаштуванням комп'ютерного томографа»
Мета заняття: Методи сканування та фіксації досліджуваної області в різних площинах. Серія рентгенівських пошарових знімків. Обробка знімків комп'ютерною програмою для створення тривимірних моделей анатомічних структур та виведення зображення на екран монітора
Лабораторна робота №4 «Ефект ЯМР. Електронний парамагнітний резонанс. Ядерний магнітний резонанс у конденсованих середовищах».
Мета заняття: Знайомство з явищем електронного парамагнітного резонансу на встановленні найпростішої конструкції; визначення фактора Ланде деяких речовин. Ознайомлення з фізичними принципами явища ядерного магнітного резонансу (ЯМР) та з експериментальними принципами детектування сигналів ЯМР у конденсованих середовищах.
Лабораторна робота №5 «Ендоскопія. Проходження та відображення променя в оптичних волокнах»
Мета заняття: Знайомство з явищем заломлення світла на межі двох діелектриків. Умови повного відображення променя оптичних волокнах. Кут зору оптоволокна. Когерентні та некогерентні пучки.
Лабораторна робота №6. «Ультразвукова діагностика. Локаційний режим роботи.
Трансмісійний режим».
Мета заняття: Ознайомитись з методикою, запропонованою Лекселлом, яка передбачає пошук сигналу, відображеного від апіфізу. Ознайомитися з трансмісійним режимом роботи, при якому два ультразвукові зонди розміщуються симетрично в точках скроневої та потиличної областей.
Лабораторна робота № 7. «Електромімпедансна томографія. Електроенцефалографія. (ЕЕГ) ЕКГ»
Мета заняття: Познайомитись з електрокардіографом, як із найважливішим інструментом оцінки електричних процесів, що відбуваються у серці. Співвіднести електричні процеси, показані на ЕКГ, з механічними процесами, що відбувалися під час серцевого циклу. Поспостерігати зміни частоти та ритму ЕКГ, пов'язані з
положенням тіла та диханням.
Консультації здійснюються впродовж семестру згідно встановленого розкладу.

 Індивідуальна робота

Розрахунково-графічна робота
Мета розрахунково-графічної роботи – закріплення знань з фізичних основ та застосування цифрових систем  томографії,  аналіз методики роботи з апаратурою та даними цифрових систем інтроскопії.
Здобувач отримує завдання на РГР на початку 6 семестру.
Завдання на РГР передбачає вирішення таких питань:
– аналіз завдання за наданим варіантом та збір даних при 2-мірній та 3-мірній візуалізації;
– аналітична 2-мірна, 3-мірна та ітеративна реконструкція зображень;
– артефакти зображень у СЕТ
Захист РГР проводитиметься протягом останнього навчального тижня семестру.

 Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Поточний контроль полягає у виконанні:
1.    7-и індивідуальних поточних завдань. Індивідуальні поточні завдання виконуються письмово і полягають в розв'язуванні типових задач відповідно до мети та завдань практичних занять. Бездоганне виконання завдань практичних занять у 5 балів. 
2.    Розрахунково-графічної роботи. Бездоганне виконання оцінюється у 25 балів. 
3.    Двох модульних контрольних робіт. Модульні контрольні роботи складаються з теоретичної і практичної частин та проводяться у письмової формі Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи становить 20 балів.
Підсумковий контроль – залік. Підсумкова оцінка формується як накопичувальна за результатами оцінювання всіх навчальних елементів, які заплановані на семестр для виконання здобувачами вищої освіти. Оцінку «зараховано» отримують здобувачі вищої освіти, які виконали всі навчальні елементи не менш, ніж на 60 %. 

 Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний відвідувати лекційні та лабораторні заняття, своєчасно та достатньо якісно виконувати всі отримані завдання, за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань відвідувати консультації викладача, дотримуватись принципів академічної доброчесності. 
Виконаний, але невірно обраний  варіант завдання викладачем не оцінюється.
Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів,  приймається у спеціально визначений час.
Відсутність здобувача на контрольній роботі відповідає оцінці «0».
Складання або перескладання екзаменів проводиться за встановленим деканатом розкладом.
Під час занять за розкладом здійснювати телефонні дзвінки забороняється.