České vysoké učení technické v Praze FORMULÁŘ IGS ČVUT 2007 Registrační číslo GK ČVUT: .......................................
B
PŘIHLÁŠKA PROJEKTU DO IGS ČVUT PRO ROK 2007
ZDŮVODNĚNÍ NÁVRHU PŘIHLÁŠKY KATEGORIE PROJEKTU
DP
(označit zakřížkováním)
NÁZEV PROJEKTU
Doktorandské proj.
3
OK X
Trendy v biomedicínském inženýrství
NAVRHOVATEL : PRACOVIŠTĚ NAVRHOVATELE: POČET STRAN:
PR
Holčík Jiří prof.Ing. CSc.
Fakulta biomedicínského inženýrství, 17112 POČET PŘÍLOH/LISTŮ: 3
ROZSAH max. 5 stran Na volných listech (pokr. titulní strany) se navrhovatel ve zdůvodnění vyjádří ke všem bodům níže uvedené osnovy a označí je jejich čísly.
1. Konkrétní informace o plánované vědecké konferenci (název, obsah, místo a termín konání, předpokládaný počet účastníků z ČVUT, ČR a zahraničí, apod.). Předpokládané pozvání referujících z tuzemských a zejména zahraničních institucí. Tradice konference „Trendy v biomedicínském inženýrství“ vzešla z prvního semináře pracovníků kateder českých a slovenských VŠ orientovaných na výuku biomedicínského inženýrství, který se konal v roce 1999 na Ústavu biomedicínského inženýrství FEI VUT v Brně. Po několika ročních opakováních, do kterých byl zahrnut i mezinárodní seminář BME EDU, organizovaný na ČVUT v Praze - FEL, se v posledním období tyto konference uskutečnily v posloupnosti 2002 V.Tatry (TU Košice) - kdy bylo poprvé použito názvu „Trendy v biomedicínském inženýrství“, 2003 Rožnov p.R. (VŠB TU Ostrava) a (od tohoto roku v dvouletou periodou) 2005 Žilina (ŽU v Žilině). O každém následujícím setkání rozhoduje konsorcium zástupců pořádajících institucí v době konání konference. Pro rok 2007 byla organizací pověřena FBMI ČVUT v Praze. Plánovaná konference na FBMI bude již osmým opakováním takto zaměřeného odborného setkání. Konference „Trendy v BMI“ vytvářejí fórum pro prezentaci vědeckých, výzkumných i pedagogických výsledků a zkušeností dosažených nejen na výše uvedených VŠ pracovištích, nýbrž i dalších podobně orientovaných pracovištích, v ústavech akademie věd, zdravotnických zařízení, apod. Tímto způsobem dochází k výměně informací mezi pracovníky zúčastněných pracovišť, které mimo jiné pomohla FBMI při tvorbě učebních plánů a definování některých výzkumných orientací. Zaměření jednotlivých konferencí bylo dosud zpravidla dáno dominantní orientací pořádajícího pracoviště (např. v roce 2002 na problémy biomechaniky, v roce 2003 na problémy zpracování biosignálů a analýzy regulačních mechanismů v lidském těle, v roce 2004 bylo setkání významně ovlivněno akreditací výuky BMI na žilinské univerzitě. Předkladatel tohoto projektu byl, za svého působení na FEI VUT v Brně, iniciátorem a zakladatelem této tradice a od počátku byl vždy členem buď organizačního či programového výboru konference. Konferencí se vždy zúčastnili i hosté ze spolupracujících institucí i z dalších zemí, kromě pořádajících dvou), uveďme např. prof. Helmut Hutten Univerzita v Grazu, Rakousko, prof. de Paor, Univerzita v Dublinu, Irsko, prof. Blažek, Univerzita v Cáchách, Německo, prof. Pascal Verdonck, Universita v Gentu, Belgie, prof. Tkacz., Slezská polytechnika v Gliwicích, Polsko, prof. Jobbagy, Technická Univerzita, Budapešť, Maďarsko, dr.Augustyniak, Akademie báňská a hutnická, Krakov, Polsko, …). Konference „Trendy v biomedicínském inženýrství“ pořádaná v roce 2007 Fakultou biomedicínského inženýrství bude zaměřena na problematiku zpracování biomedicínských signálů, modelování a analýzu činnosti biomedicínských systémů včetně problémů biomechaniky, příp. na aplikace fyzikálních metod v medicíně a důležitou součást programu bude tvořit i problematika výuky, zejména výuky konkrétních disciplin biomedicínského inženýrství, což je dáno rychlým rozvojem výuky na FBMI. Jednotlivé sekce budou zahájeny vyzvanými příspěvky reprezentantů jednotlivých pracovišť FBMI, příp. dalších fakult ČVUT a všech dalších výše uvedených pracovišť v ČR a na Slovensku. Nepředpokládáme účast vyzvaných účastníků z jiných zemí než obou pořádajících, nicméně budou osloveni zahraniční spolupracující kolegové všech účastnických pracovišť, ale jejich účast nebude dotována z prostředků konference. Název: „Trendy v biomedicínském inženýrství“
1
Pořadatel: ČVUT v Praze - FBMI Místo konání: Kladno, hotel „La Park“ Termín konání: 11.-13.září 2007 Předpokládaný počet účastníků: celkem 60, z ČVUT 30, z ČR 40-50 Jednací jazyk: čeština, slovenština, angličtina Sborník: podle tradice bude vydán samostatný sborník konference, vybrané referáty budou doporučeny k dodatečné publikaci v časopisech Lékař a technika a Acta Polytechnica Konference bude pořádána ve spolupráci se Společností biomedicínského inženýrství a lékařské informatiky ČLS JEP, Spoločnosťou biomedicínskeho inžinierstva a medicínskej informatiky SLS a jako konference IMECO TC13.
2. Předpokládaný význam plánované konference. Organizace konference na FBMI ČVUT přispěje k prezentaci fakulty a celého ČVUT jako významného pedagogického a vědeckého pracoviště, zabývajícího se problematikou biomedicínského inženýrství jak obecně, tak v jednotlivých disciplinách. Umožní mladým pracovníkům a doktorandům FBMI i ostatních fakult ČVUT navázat nové různé neformální i formální kontakty a vědecké spolupráce s ostatními pracovišti zabývajícími se problematikou BMI v ČR i SR a tím přispět k dalšímu vědeckému rozvoji pracovišť ČVUT, v případě vytvoření podmínek pro institucionalizaci spolupráce v rámci různých vědeckých projektů i ekonomický přínos. Pro zúčastněné studenty při nejmenším z ČVUT vytvoří tato konference možnost vykonat první kroky v odborné vědecké komunitě. Předpokládáme, že konference „Trendy v biomedicínském inženýrství“ 2007 vytvoří další milník ve vývoji biomedicínského inženýrství – ve výzkumu i jeho vysokoškolské výuce – v České i Slovenské republice a současně přispěje k utužení starých i vytvoření nových kontaktů mezi pracovníky v dané odborné oblasti.
4. Popis organizačního (jmenovitě organizační tým) a finančního zabezpečení vědecké konference, zejména míra uplatnění externích agentur a dalších subjektů. Výbory konference Organizace konference „Trendy v biomedicínském inženýrství“ pořádané FBMI ČVUT bude zajišťována výhradně pracovníky FBMI (nebudou tedy požádány o spolupráci žádné externí agentury a subjekty). Předpokládáme, že organizační výbor konference bude pracovat ve složení: Prof. Ing. Jiří Holčík, CSc. - předseda Prof. Ing. Jan Čulík, DrSc. (organizace struktury programu) Ing. Vít Kopelent (organizace studentské účasti) Ing. Zoltán Szabó, Ph.D. (redakce sborníku) Ing. Jan Kauler, Ph.D. (redakce sborníku) Ing. Petr Kozelek (web) Ing. Ida Skopalová (propagace) Helena Fujanová (ubytování) Programový výbor konference bude tvořen významnými zástupci jednotlivých zúčastněných VŠ pracovišť, kromě FBMI ČVUT zejména fakult elektrotechnické a strojní ČVUT, FEKT VUT v Brně, FEI VŠB TU Ostrava, STU v Bratislavě, ŽU v Žilině a TU v Košicích a pracovišť AV v České republice i na Slovensku, případně dalšími významnými pracovníky v oboru biomedicínského inženýrství v obou republikách. (Ustanovení programového výboru bude dokončeno během ledna 2007.) Struktura programu Předpokládáme standardní strukturu vědeckých sekcí s ústními prezentacemi, doplněnou posterovou sekcí, v rámci které budou prezentovány i vybrané práce studentů jak bakalářského, tak i magisterského studia FBMI. Tématické okruhy: - výuka biomedicínského inženýrství - lékařská přístrojová technika - medicínská informatika - biomechanika - zpracování a analýza biomedicínských dat, signálů a obrazů - modelování biosystémů - fyzikální metody v medicíně Ubytování
2
Hotel LaPark, případně další hotely v Kladně a studentské ubytovny ve školním roce užívané studenty FBMI. Ubytování bude hrazeno jednotlivými účastníky individuálně v rámci jejich cestovních příkazů. Časový harmonogram přípravy konference: leden 2007 - ustanovení programového výboru konference, vydání 1. informace, vznik webových stránek konference 1.4.2007 termín pro zaslání rozšířených abstraktů příspěvků 15.5.2007 oznámení o přijetí příspěvků 15.6.2007 termín pro zaslání finálních textů příspěvků, závazné přihlášení a zaplacení konferenčního poplatku 11.-13.9.2007 konání konference
3
Povinné přílohy: a) anotace příspěvků účastníků z ČVUT, Camera System for Movement Analysis in Parkinson’s Disease Zoltan Szabo, FBMI ČVUT In the prepared paper the camera system will be described for hand movement analysis in Parkinson’s Disease. Since lesions in different structures of the central and peripheral nervous systems cause specific disturbances of hand motor function we analyze the hand motion trajectory. The patients perform a natural manual transport task (moving an object from one place to another) repeatedly in OFF and ON medicated status and their movement is recorded by two cameras. The 2D trajectories of special markers fixed to the hand are extracted from the image sequences and later on their 3D trajectory is reconstructed from individual views. The described method could be useful for an objective description and quantification of certain hand movement disturbances in Parkinson’s Disease. Visualization of Three-Dimensional Structures in Biology Martin Čapek, FBMI ČVUT, FÚ AV ČR Jiří Janáček, Lucie Kubínová, FÚ AV ČR Pavel Smrčka, Karel Hána, FBMI ČVUT In biology we often require to visualize two- or three-dimensional images of objects or structures which were recorded by modern acquisition tools like a confocal laser scanning microscope or an electron microscope. We report about possibilities for three-dimensional visualization which are offered by either our Rapid3D software package suited for three-dimensional reconstruction and visualization of biomedical images or Ellipse modular software package devoted to biological image processing and created by ViDiTo company (Slovakia). Both software packages are capable to work with specialized VolumePro 1000 board rendering digital volume scalar data in real time using Phong Lighting Model. Moreover, Rapid3D is capable to perform 3D real-time visualization using common graphics cards supporting DirectX technology, whereas Ellipse can perform 3D visualization based on OpenGL. Main principles of visualization using these approaches will be described and some visualization results of biological objects will be shown. Systém pro správu databáze biologických signálů a jejich příznaků Kozelek,P., FBMI ČVUT V základním i aplikovaném výzkumu je stále častější potřeba spravovat naměřené záznamy v sofistikovaných databázových systémech. Řešitelským týmem byl vytvořen ucelený softwarový produkt, který usnadňuje jak správu rozsáhlé báze biomedicínckých dat, tak jejich hromadné zpracování, např. pro vyhodnocení statistických parametrů. Vnitřní kód je napsán v jazyku Java. Aplikace je tedy funkční v jakémkoli operačním systému podporujícím technologii Java, včetně moderních mobilních telefonů. Systém je spustitelný jako samostatná (standalone) aplikace nebo jako součást webové stránky, tj. není potřeba jej instalovat. Databáze záznamů využívá rozšířený formát biologických signálů podle doporučení PhysioNet. Systém je přizpůsobený a bezpečný pro práci ve víceuživatelském režimu, obsahuje modul pro správu a ověřování uživatelských rolí, umožňuje i vzdálenou správu databáze. Jako komunikační prostředek se využívá aplikační protokol HTTP. Systém umožňuje evidovat změny v záznamech a jejich příznacích. V případě výskytu chyby (softwarové nebo uživatelské) je možné data obnovit do libovolného předchozího stavu. Metody a prostředky umělé inteligence pro detekci významných okamžiků v EKG koní. Kauler,J., Kozelek,P., FBMI ČVUT Uvedený článek se zabývá rozpoznáním významných okamžiků (R-vlna, QRS komplex, t-vlna) v EKG koní. Klasické metody založené na lineární filtraci jsou vhodné pro detekci QRS komplexu, ale často selhávají při určování výskytu vlny P a konce vlny T. Přínosem práce je využití metod umělé inteligence jako alternativy standartních metod. Testovány byly umělé imunitní systémy, neuronové sítě a fuzzy logické systémy. Rozvoj monitorování umělé plicní ventilace a jeho využití pro optimalizaci ventilačního režimu K. Roubík, FBMI ČVUT Studie se zabývá pokročilými metodami diagnostiky respiračního systému pomocí detailního monitorování umělé plicní ventilace. Jedná se zejména o kontinuální měření izolovaných mechanických parametrů jednotlivých částí respirační soustavy a jejich závislost na zvoleném ventilačním režimu. Studie je doplněna výsledky animálních experimentů provedených k ověření teoretických předpokladů.
4
Využití elektrické impedanční tomografie pro sledování distribuce dechového objemu při umělé plicní ventilaci R. Grünes, FBMI ČVUT Práce se zabývá porovnáním distribuce plynu v dýchacích cestách při konvenčních a nekonvenčních typech umělé plicní ventilace a vlivem typu ventilace na šíření plynu při různých formách poškození plicní tkáně. Pro sledování distribuce plynu slouží elektrická impedanční tomografie. Mechanismy transportu plynu v respirační soustavě při vysokofrekvenční a konvenční umělé plicní ventilaci V. Kopelent, FBMI ČVUT Článek se zabývá transportními mechanismy ventilační směsi plynů při aplikaci umělé plicní ventilace. Jednotlivé transportní mechanismy jsou v textu diskutovány. Dále je v textu vysvětleno jak je možný transport plynů při dechových objemech menších než je objem mrtvých prostor v respirační soustavě. Zobrazování EKG map v reálném čase Mužík,J., Hána,K., FBMI ČVUT V tomto příspěvku jsou prezentovány metody a jejich implementace pro vizualizaci signálu z mnohokanálového elektroencefalografu (EKG) v reálném čase. V současnosti systém slouží pro zobrazování 16 kanálového EKG snímaného pomocí standardní měřicí karty bez dalšího příslušenství, což v kombinaci s notebookem vytváří vysoce mobilní diagnostické pracoviště. Pomocí map je možné v reálném čase zobrazovat interpolovanou mapu rozložení napětí resp. proudovou hustotu na povrchu hrudníku pacienta. Do interpolovaných map je pro lepší orientaci rovněž možné zobrazit vektory gradientu. Celý systém je plně modulární a je postaven na komponentovém modelu COM, některé moduly jsou rovněž implementovány v prostředí .NET a do systému zapojeny pomocí principů interoperability. Pro akceleraci zobrazování map je použita unikátní metoda využívající Delaunayovu triangulaci sítě libovolně rozmístěných elektrod a rekurentního zjemňování sítě. Výsledná síť trojúhelníků je vykreslována přes rozhraní DirectX. Díky využití těchto pokročilých akceleračních technik je možné software využít i na nepříliš výkonném notebooku (P4 1,4GHz) při snímkové frekvenci přes 20Hz, op provedení optimalizací se předpokládá výrazné zvýšení rychlosti zobrazování. Signál EKG se vyznačuje určitými specifickými vlastnostmi – obvykle výraznou periodicitou a značnou nestacionaritou v úzkém časovém měřítku, což vyžaduje určité specifické přístupy při vizualizaci, například využití časové lupy. Použití prostředí Matlab-Simulink pro měření variability srdečního tepu Tomáš Funda, Karel Hána, FBMI ČVUT Měřící systém byl vytvořen v prostředí Simulink s využitím standardně dodávaných toolboxů a z vlastních bloků navržených jako S-funkce a naprogramovaných v Matlabu a v programovacím jazyce C. Tento systém slouží k měření EKG signálu a výpočtu mnoha různých parametrů: srdeční tep, spektrum, variabilita srdečního tepu, stres index. Analýza variability srdečního tepu je založena na měření srdečního tepu, neboli času mezi dvěma R vlnami, tzv. RR intervalu. Tyto časové intervaly jsou pak analyzovány pomocí matematických algoritmů ve spektrální i časové rovinně. Měření variability srdečního tepu je spolehlivým ukazatelem vlivu fyziologických faktorů na velikost a změnu srdečního rytmu. Biomechanika varozity a valgosity dětí Čulík Jan, FBMI CVUT V předškolním věku léčit varositu a valgositu dětí konzervativním způsobem pomocí ortéz. Silový efekt ortézy částečné koriguje patologický defekt nohy. Jestliže je ortéza přerušovaně používána po dlouhou dobu je korekce stálá. Korekce deformity kosti je založena na remodelaci růstové oblasti kosti ohybem nohy způsobeným předpětím ortézy. Podle Hüter-Volkmannova zákona, dlouhé kosti rostou rychleji v tažené části než v tlačené. Článek předkládá výpočtový algoritmus sil a deformací v kolenních vazech a určení stavu napětí od účinku ortézy. Byly vyvinuty speciální teleskopy udržující předepsanou sílu předpětí. Ve výpočtu je předpokládáno, že deformace kostí a ortézy jsou zanedbatelné vzhledem k deformacím vazů a ostatních měkkých tkání kolene. Algoritmus určuje stav napětí v růstové oblasti distální části femuru a proximální části tibie, dále síly a deformace vazů. Prostorový model kolena, femuru a tibie byl sestaven pomocí RTG a počítačového tomografu jednoho pacienta. Prostorový model kolena a kostí je pak transformován měřítkem pro konkrétního pacienta. Modelece kosti bnyla nastartována pro vypočtené hodnoty napětí a sil, tzn. kost rostle rychleji v tažené než v tlačené časti růstové zóny a varozita resp. valgozita byla eliminována.
5
b) předběžný program konference. 11.9.2007 dopoledne - příjezd a registrace účastníků odpoledne - zahájení konference, odborný program, ústní prezentace večer - společenské setkání účastníků konference 12.9.2007 celý den - odborný program konference, sekce s ústními prezentacemi, posterová studentská sekce, večer - setkání zástupců pořádajících institucí, hodnocení konference, rozprava o budoucím vývoji 13.9.2007 dopoledne - odborné sekce, ústní prezentace odpoledne - odjezd účastníků
V Kladně dne 5. ledna 2007
Prof. Ing. Jiří Holčík, CSc. ČVUT v Praze - FBMI
6
