Oddělení klinického inženýrství- Biomedicínský výzkum s podporou evropských zdrojů v nemocnicích Větruše, Ústí nad Labem Martina Nováková, Martin Peterka 2012 České vysoké učení technické v Praze, Fakulta biomedicínského inženýrství Odbor biomedicínského inženýrství Kz nedílná součást výzkumných týmů

Odbor BMI Oddělení preventivně servisní Preventivní kontroly zdravotnické techniky dané zákonem 123/2000 Sb, diagnostika poruch (servisní filtr) a event. odborné provedení interních servisních zásahů, zajištění preventivních a servisních zásahů externích organizací, vedení dokumentace o zdravotnické technice, tvorba zjednodušených manuálů Klinické inženýrství Použití a příprava k použití přístrojové diagnostické, terapeutické a laboratorní techniky, odborná pomoc při zavádění nové zdravotnické techniky, terapeutických a diagnostických metod, sledování pokroku ve zdravotnické technice, posuzování vhodnosti nákupu příprava veřejných zakázek, účast ve výběrových řízeních, posuzování serv.smluv účast ve výzkumných programech Kardiologická elektrofyziologie perfuzologie navigační systémy v neurochirurgii kalibrace přístrojů pro anestézii, respirační technika robotika zobrazovací přístroje a metody laboratorní technika rehabilitační přístroje a pomůcky Metrologie Zajištění metrologických úkonů externě i svépomocí (autorizované metrol.středisko – tlak, teplota), vedení databáze odd. BMI (veškeré záznamy o přístrojové technice – jeden SW)

Věda a výzkum 2011 Spolupráce s SÚJB –projekty IAEA, stanovení diagn. referen. úrovní, tvorba standardů, metodických pokynů Spolupráce s f. Philips – ověření SW produktu iDOSE 4, hodnocení kvality, možnosti využití Spolupráce s klinickými pracovišti – tvorba metodických postupů pro připravované granty Spoluúčast na grantech a jiných projektech Tvorba pac.databáze pro Tarquin, příprava na klinické aplikace Tvorba 3D modelů pro 3D tisk Testování nanostrukturovaných materiálů – aplikace RF polí

Navržení a ověření standardních postupů při intervenčních výkonech na tepnách pánve a dolních končetin Martina Nováková 2011 Studie SÚJB (2010, 2011)

Předmět studie SÚJB V roce 2010 – Navržení standardního postupu pro intervenční výkony v radiologii V roce Ověření standardního postupu pro intervenční výkony na tepnách pánve a dolních končetin (PTA, stent) navrženého v předchozí zadané práci SÚJB z roku Dle tohoto standardu byly po dohodě se 4 spolupracujícími pracovišti (krajského typu) upraveny jejich intervenční postupy a sledovány změny z hlediska samotného technického provedení výkonu a hodnocení radiační zátěže pacientů.

celkovým skiaskopickým časem, dávkou na puls, užitím low režimu při skiaskopii počtem frame/s při skiagrafii - zobrazovací rychlost, počtem scén, jejich délkou velikostí ozařovaného pole, aktivní používání kolimačních clon, co nejméně používat režim zvětšení ZOOM změnou akviziční roviny použitím kompenzačních clon požitím přídatné spektrální filtrace omezující měkkou složku záření zvětšením vzdálenosti mezi pacientem a rentgenkou, minimalizací vzdálenosti mezi pacientem a receptorem obrazu použitím ochranných pomůcek volbou vhodných vyšetřovacích protokolů v nízkodávkovém režimu, úrovně dávek na kůži při normálním použití mohou být dostatečně vysoké, aby způsobily deterministické účinky, možnost různých nastavení má významný vliv na kvalitu ozáření, na podávaný dávkový příkon a na kvalitu zobrazení, Tvorba standardu Z již dříve prováděných studií IAEA a SÚJB vyplývá, že akumulovaná kožní dávka a plošný dávkový součin souvisí s:

Průměrné hodnoty z jednotlivých pracovišť (2011) Analýza hodnot počet scén frekvence obrazů počet obrazů ve scéně dopadová kerma součin kermy a plochy pracoviště č. celkový skiskop. čas(min) počet p/s počet scén počet frame (obrazů) počet f/s dopadová kerma (mGy) součin kermy a plochy (µGym2) 111, ,45203,42106,22042,44 218,2327,524,377343,8852,4266, ,1410,39,307135,3071,2497,838791,553 46,79415, 7,5 10,594194,3512,3,4391, Úprava intervenčního postupu počet scén frekvence obrazů délka scény počet obrazů ve scéně velikost ozář. pole

Hodnocení studie 3) Další sledované veličiny pak byly dozimetrické údaje, tedy dopadová kerma a plošný dávkový součin. Průměrná vstupní povrchová (dopadová)kerma na jedno vyšetření Průměrný plošný dávkový součin na jedno vyšetření

Ve vyšetřovně je důležité ověřit aktuální záznam parametrů: skiaskopického času, dopadové kermy a plošného kermového součinu či kermového příkonu, dále úhlové pozice viditelné na monitoru. Osobní ochranné pomůcky s ekvivalentem 0,25 mm Pb do 100 kV, 0,35 mm Pb nad 100 kV, ochranný límec redukuje dávku o 50% Přítomnost personálu ve vyšetřovně - sleduje se pozice lékaře, instrumentářky, ostatní personál se musí pohybovat co nejdále od C ramene (viz důkaz optimalizace - stanovení dávkových příkonů ve vzdálenosti d od zdroje). Mezi další sledované parametry patří ZOOM, měl by být používán co nejméně, vede ke zvýšení dávky. Používání clon včetně polopropustných, využívání funkce roadmaping, last image hold.

Hybridní iterativní technika iDose Krajská zdravotní a.s., Masarykova nemocnice Ústí nad Labem, FBMI ČVUT Ing. Martina Nováková, MUDr. Milouš Derner 2011

Obrazové rekonstrukce: 1.generace: filtrovaná zpětná projekce - analytická, rychlá metoda - podstatné artefakty, zejména hvězdicový artefakt (vzniká při zpětné projekci do Radonova prostoru), 2.generace: filtrovaná 2D FT (fourierova transformace) – před zpětnou projekcí do Radonova prostoru filtrace dat, 3.generace: iterativní rekonstrukce – algebraická metoda, principem je přibližování se počátečnímu odhadu, 4.generace: iterativní rekonstrukce – algebraická či statistická metoda využívající systém modelů Náběr dat vytvoření SNM vytvoření AM iDOSE (odečtení SNM z AM)

Obrazové rekonstrukce: Iterace Základem iteračních technik je aplikování korekcí na libovolné počáteční hodnoty denzit objemových elementů (voxelů) tak, abychom dosáhli shody s naměřenými daty – projekcemi, celý postup provádíme tak dlouho, dokud projekce vypočítané z odhadů původní distribuce zdroje záření nebudou odpovídat naměřené distribuci zdroje záření v rámci požadované přesnosti.

Obrazové rekonstrukce: FBP vs. Iterace? Výhody IR umožňují lépe modelovat fyzikální podstatu zobrazování (útlum, rozlišení, šum), IR umožňují lépe pracovat s jednotlivými případy naměřených dat (oříznutí projekcí, tomografie s omezeným úhlem – kardio aplikace), některé algoritmy IR poskytují lepší šumové textury (rozdílný typ a stupeň korelace šumu), výhodou iterativní rekonstrukce oproti zpětné projekci je nepřítomnost "hvězdicových" artefaktů, použití iteračních technik umožňuje snížit dávkové zatížení pac. Nevýhody příliš malé množství iterací (nebo efektivních iterací) může vést k obrazům se špatným kontrastem (zvláště u objektů menších rozměrů), příliš velké množství efektivních iterací může zesílit vliv šumu v obraze, posun šumového spektra během iteračních procesů vytváří plasticitu obrazu.

iDOSE iDOSE 70% iDOSE 50% FBP

Basic iDOSE, << prostorové rozlišení FBP iDOSE 70%

Výhody a nevýhody hybridní techniky iDOSE 4 ? Výhody Efektivní odstranění šumového spektra Možnost snížení radiační zátěže pacientů Zlepšení prostorové rozlišovací schopnosti Možnost využití maximálního kontrastu iodových kontrastních látek, tedy snížení kV ze 120 (100)kV na optimálních 80 Nevýhody Čas rekostrukčního algoritmu > o několik sec ? (nepodstatné) Přeinstalace SW u stávajících systémů (málo podstatné) Cena? (podstatné)

MR 1 H spektroskopie pro neurologické a neurochirurgické aplikace Český neuroradiologický kongres Ústí nad Labem M. Nováková 1, A. Malucelli 2 Radiodiagnostické 1, Neurochirurgické 2 odd. Masarykovy nemocnice Ústí nad Labem 2011

Protonová spektroskopie Metoda umožňující získat signál z různých metabolitů v těle, jejichž koncentrace se v závislosti na věku, stresu a funkčních poruch mění, kombinuje prostorové a chemické informace. ve zdravé tkáni jsou produkty metabolismu (metabolity) zjištěné MR spektroskopií přítomny v koncentracích charakteristických pro daný typ tkáně, detailní analýzou frekvencí, intenzit a multiplicit v NMR spektru lze získat informace o chemickém složení a struktuře Časová doména Frekvenční doména, po Fourierově transformaci

Klinické aplikace Aplikace MRS v neurologii a neurochirurgii : MR spektra zdravého mozku jsou velmi konstantní, ke změně dochází většinou v důsledku nežádoucích biochemických procesů, následují makroskopické strukturální změny MRS může rychleji než MRI detekovat různé patologie, patologie se mohou projevovat buď kvantitativními změnami signálů metabolitů normálně přítomných v mozku, nebo objevením signálů, které v normálním mozku pozorovatelné nejsou. tumory (benigní, maligní), metastázy abscesy epilepsie demence RS encefalitidy mozkové mrtvice vývoj mozk. tkáně - neonatologie

Úskalí při hledání metabolitů velikost B0, zvolené parametry - TE mnoho resonančních signálů, nízká koncentrace a jejich překrývání (v různých chemických sloučeninách jsou atomová jádra silně odstíněna elektronovým obalem, který je obklopuje - malý rozdíl v rezonančních frekvencích závisejících na chemickém prostředí) znemožňuje lokalizaci, nepředvídatelnost tvaru základní čáry(baseline) ovlivňuje přesnost kvantifikace, vzájemná interakce jader sousedních atomů zprostředkovaná valenčními elektrony vede k multiplicitě signálu. Parametry rezonančního signálu amplituda, či plocha pod křivkou daného signálu (integrál) - informace o intenzitě signálu - přímo úměrná počtu vybuzených jader (koncentrace), rezonanční frekvence vypovídá o typu jádra a o jeho chemickém prostředí, fáze kóduje informace o prostorovém uspořádání

Hodnocení spekter, neurol. aplikace základní metabolity: N-acetylaspartát (pokles signálů svědčí o procesech vedoucích ke ztrátě neuronů), kreatin (pokles svědčí o energetickém deficitu), cholin (změny indukují změny probíhající v buněčných membránách), myoinositol (změny indukují patologické změny astrocytů), dále signály laktátu, tuků, makromolekul (proteinů) a některých aminokyselin, v poli 1,5 T nejsou spektra Glu a Gln rozlišitelná (obě složky jsou pak souhrnně označovány jako Glx) METABOLITNAACREATINECHOLINE nižší HIPPOCAMPUS, CEREBELLUM WHITE - MATTER GRAY - MATTER vyššíNEOCORTEX GRAY- MATTER WHITE- MATTER NEONATOLOGICKÝ věk signály Cho a mI jsou vysoké postupné zvyšování NAA v důsledku zrání neuronů, po 2 letech jsou hodnoty identické s dospělými STÁRNUTÍ nárůstání signálu Cho snížení NAA zvýšení hodnot Cr. Clinical MR neuroimaging

Diferenciální diagnostika NAA 2,02 ppm (neuronální marker) – při velkoobjemových lézích, demenci… Cr 3,03 ppm (marker energetického metabolismu) – jeho koncentrace se mění málo Cho 3,22 ppm (marker porušení buněčných membrán) - při nádorových onemocněních HG, akutní demyelinizace mI 3,56 a 4,06 ppm (základní osmolyt) - gliové nádory, Alzheimerova choroba Tuky 0,9 a 1,2-1,5 ppm (markery destrukce buněčných membrán) - nádory, abscesy, radiační nekrózy Lac 1,33 ppm - akutní fáze mozkové mrtvice, HGG (glioblastomy – důsledek anaerobní glykolýzy), LGG + akutní demyelinizace - Cho, NAA, Cr HGG - tuky, Lac, Cho abscesy - tuky, aminokyseliny (0,9 ppm) radiač. nekróza, absces vers. recidiva - nekróza či absces nemá zvýšený Cho

Kvantifikační programy Nezávislé kvantifikační programy (využívající interní či externí referenční hodnoty) LCModel (Linear Combination Model) vyhodnocuje spektra v časové doméně, TARQUIN AMARES jako součást jMRUI vyhodnocuje spektra ve frekvenční doméně.

Tarquin Plně automatizovaný kvantifikační program, změřená data zpracovává v časové doméně program rozkládá in vivo naměřená spektra do spektra jednotlivých metabolitů naměřených in vitro, které zároveň slouží i jako reference při určování koncentrace

Suitable use nanostructures in the treatment of tumors by the method of radiofrequency ablation Martina Nováková 1,3, Jan Vrba 2, Milouš Derner 3, Kateřina Piksová 4 ISMOT 2011 Faculty of biomedicine engineering ČVUT Praha 1, Faculty of electric engineering ČVUT Praha 2, Masaryk Hospital in Ústí nad Labem 3, Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague

Results: Graph: time of reaching temperature 125°C for samples with different nano-particles Graph: Temperature increase in time for different nano-particles in homogenic phantom CST Microwave studio

3D modely pro 3D tisk Požadavky na vstupní data: –DICOM obrázky –Nejlépe řezy o šířce cca. 1mm (redukce artefaktu v modelu) Požadavky na výstupní data: –Kompatibilita se SW ovládajícím tiskárnu –Formát: *.stl, *.ply, *.vrml –Celistvost (bez vnitřních děr), hladkost

3D modely pro 3D tisk Vyzkoušené SW: –3DimViewer –DeVIDE –3D Doctor Lite –SliceOmatic –3D Slicer –Amira Demo –ParaView –MeshLab –InVesalius Problém s výstupními formáty Nutná kombinace více SW Problém s vyhlazením a vyplněním děr v modelu

InVesalius

MeshLab

Děkuji za pozornost