Státní závěrečné zkoušky 2011 studijní obor BIOMEDICÍNSKÉ A EKOLOGICKÉ INŽENÝRSTVÍ M-BEI studijní program ELEKTROTECHNIKA, ELEKTRONIKA, KOMUNIKAČNÍ A ŘÍDICÍ TECHNIKA
I. tematická oblast: Aplikovaná přístrojová technika Obsah tohoto okruhu je tvořen základními povinnými technickými předměty oboru (skupina IA) a jedním technickým předmětem voleným ze skupiny IB. Skupina I A (všechny předměty povinné): Analýza signálů a obrazů MASO Časově-frekvenční analýza signálů, spektrogramy. Vlnkové transformace, jejich interpretace a aplikace. Spojitá reprezentace obrazů; vzorkování a diskrétní reprezentace obrazů, dvojrozměrné transformace, stochastické pole a náhodný obraz. Diskrétní operátory, zvýrazňování a edice obrazů. Analýza obrazových dat: lokální parametry, texturní analýza, detekce hran, hranic a oblastí. Moderní metody segmentace obrazu: na základě homogenity oblastí, regionově a hranově orientovaná, metoda rozvodí, pružné a aktivní kontury. Metody rekonstrukce obrazů z tomografických dat (z paralelních a vějířových projekcí). Nelineární zpracování obrazů, morfologické operátory. Diagnostika bio- a ekosystémů MDBE Principy snímání elektrických signálů vytvářených organismem (elektrody, zesilovače, přístroje - EKG, EEG, EMG). Principy snímání neelektrických signálů vytvářených organismem - měření krevního tlaku (invazivní i neinvazivní metody), měření nasycení krve kyslíkem, měření průtoku krve a měření parametrů dýchacího systému. Monitorovací systémy životních funkcí. Audiometrie - subjektivní, objektivní metody. Oko, jeho vlastnosti a měřící technika pro hodnocení zraku - perimetrie, ultrasonografie oka, optické systémy pro měření vlastnosti optického systému oka. Detektory ionizujícího záření (principy detekce, použití). Fyzikální principy snímačů používaných v analytické chemii. Klasické zobrazovací systémy v medicíně a ekologii MKZS Fyzikální a technické aspekty konstrukce zobrazovacích systémů s přímou syntézou obrazu používaných v lékařství a ekologii. Základy obecné teorie zobrazení, principy získávání, zpracování a analýzy obrazových dat, hodnocení vlastností zobrazovacích systémů. Obecný analogový a digitální zobrazovací systém. Konstrukce termovizních kamer, konvenčních rentgenových zobrazovacích systémů, digitálních rentgenových zobrazovacích systémů, planárních gamazobrazovacích systémů. Tomografické zobrazovací systémy MTZS Fyzikální a technické aspekty konstrukce zobrazovacích systémů s nepřímou syntézou obrazu používaných v lékařství a ekologii: výpočetní rtg tomografy (CTRTG), zobrazovací sytémy magnetické rezonance (ZSMR), systémy jednofotonové (SPECT) a pozitronové-dvojfotonové (PET) emisní tomografie, ultrazvukové zobrazovací systémy (přímá syntéza obrazu). Speciální lékařská a ekologická technika MALE Principy a systémová řešení zařízení terapeutické techniky: využití laseru, využití ultrazvuku, vkv diatermie a hypertermie, využití ionizujícího záření, urychlovače elektronů a iontů. Drtiče konkrementů. Ventilační a anesteziologické systémy. Systémy pro podporu a náhradu orgánů - krevního oběhu, vylučování, smyslových orgánů (protézy). Monitorování a podpora životních funkcí. Endoskopie. Rehabilitační technika.
Skupina I B (student si zvolí jeden předmět ze skupiny): Vyšší metody zpracování signálů MMZS Identifikace náhodných signálů. Formalizovaná restaurace signálů optimální filtrací ve sjednoceném pohledu: Wienerův filtr v klasické i zobecněné diskrétní reprezentaci, Kalmanova filtrace a restaurace signálu, modelování zdrojů. Adaptivní filtrace a identifikace systémů, algoritmy a typizace aplikací adaptivních filtrů. Zpracování signálů neuronovými sítěmi: neuronové vrstevnaté sítě s řízeným učením, sítě s radiální bází, zpětnovazební sítě a neuronové samoučící se mapy, aplikace neuronových sítí pro zpracování a analýzu signálů. Nelineární filtrace - polynomiální a třídicí filtry, homomorfická filtrace a dekonvoluce, nelineární přizpůsobené filtry. Typické aplikace uvedených metod. Multitaktní systémy MMUT Systémy pro konverzi vzorkovacího kmitočtu. Vícetaktní číslicové filtry a velmi rychlé algoritmy filtrace. Časově-frekvenční transformace, vlnková transformace (WT). WT se souvislým časem, diskrétní WT (DWT), WT s diskrétním časem (DTWT), dyadická (rychlá) DTWT, paketová DTWT. Realizace DTWT bankami filtrů, požadavky na rozkladové a rekonstrukční banky filtrů s eliminovaným vlivem aliasingu. Ortogonální a biortogonální DTWT. Použití DTWT při filtraci signálů. Metody prahování. Komplexní WT (CWT), její realizace a využití. Využití DTWT při kompresi signálových dat. 2D DTWT separabilní i neseparabilní ( qiuncunx ), využití pro kompresi a filtraci obrazových dat. Principy bezztrátové komprese dat. Zdravotnické informační systémy MZIS Informační systémy, databázové systémy a dotazovací jazyky. Pacientská data, pacientský počítačový záznam, multimediální medicínská data. Počítač jako součást diagnostických, terapeutických a správních systémů. Hierarchie a funkce zdravotnických informačních systémů (ZIS), výstavba ZIS s centralizovanou a distribuovanou databází. Specifika etiky a bezpečnosti medicínských dat ve ZIS. Standardizace v medicínské informatice. Konkrétní aplikace zdravotnických informačních systémů. Kódování zdravotnických informací. Rozdíly mezi Klinickým IS, Ambulantním IS, Laboratorním IS. Účtování zdravotní péče. Zálohování a archivace dat." Analýza a interpretace biomedicínských dat MABD Signály kardiovaskulárního systému: EKG, vlastnosti, rušení, hodnocení. Detekce komplexů QRS, filtrace, měření příznaků, klasifikace. Analýza variability srdečního rytmu. Pozdní potenciály, TWA. Signály nervové soustavy: EEG, vlastnosti, spektrální analýza, šum a artefakty, jejich odstranění, zpracování v časové oblasti, typické grafoelementy. Evokované potenciály, vlastnosti, potlačení šumu. Ostatní biosignály: EMG, vlastnosti a analýza. Signály zažívacího systému. Archivace, přenos, neztrátová a komprese biomedicínských dat.
II. tematická oblast: Biomedicínská a ekologická problematika Tento okruh je tvořen ve skupině IIA předměty biomedicínskými, ve skupině IIB předměty, reprezentujícími teoretický či technický pohled na biomedicínskou či ekologickou problematiku. Skupina II A (student si zvolí jeden předmět ze skupiny): Biologie člověka MBCL Obecná charakteristika živých systémů. Buněčná úroveň živých organismů. Přehled morfologie člověka, anatomická a fyziologická terminologie. Základní fyziologické funkce. Fyziologie krve. Fyziologie krevního oběhu. Fyziologie dýchání. Fyziologie trávení a vstřebávání. Fyziologie přenosu látek a energií. Fyziologie vylučování. Endokrinní systém. Nervová soustava. Klinická fyziologie MKFL Problematika klinické fyziologie, zdraví a nemoc. Krev, funkce, patologické změny krevního oběhu. Funkční anatomie srdce a cév. Přehled nejčastějších onemocnění srdce a oběhu. Vyšetřovací metody v kardiologii. Invazivní a neinvazivní přístupy v kardiologii. Funkční anatomie průdušek a plic, fyziologie dýchání. Přístroje používané k funkčnímu vyšetření plic. Přehled plicních onemocnění. Poruchy vodního a minerálního hospodářství. Poruchy acidobazické rovnováhy. Funkce ledvin a základní vyšetřovací metody, selhání ledvin, dialýza. Funkční anatomie zažívacího traktu, fyziologie trávení. Základní příznaky onemocnění žaludku a střevních chorob. Základní vyšetřovací metody GIT. Pohybový systém, traumatologie. Základní funkce a poruchy nervového systému. Vyšetřovací metody v neurologii. Zdravotní péče MZDP Informační vstup do zdravotnictví. Seznámení s medicínským prostředím, diagnostickým systémem, terapeutickými postupy a s vybraným okruhem nejčastějších chorob. Odlišnosti i souvislosti biologického systému a jejich vztah k logice technických předmětů - produktů civilizace. Otázky interpersonálních vztahů a jejich změny nemocí, věkem a prostředím. Spojující faktory práce zdravotnických a technických pracovníků v nemocnici. Stáže na vybraných pracovištích nemocnice. Úvod do environmentalistiky MUEN Globální environmentální problémy a životní prostředí v ČR, právní ochrana životního prostředí. Kořeny environmentální krize, ekologické zákonitosti, vztah společnosti k životnímu prostředí, ekologie a environmentalistika. Trvale udržitelný rozvoj, environmentální etika, vztah technologií a environmentalistiky, energetická krize, souvislosti mezi ekonomií a environmentální situací.
Skupina II B (student si zvolí jeden předmět ze skupiny): Biofyzika MBFY Výklad elektrických jevů v živé tkáni. Aktivní elektrické projevy živé tkáně na molekulární, buněčné, a orgánové úrovni. Metody měření membránových napětí a proudů u izolovaných buněk a diskrétních signálů zaznamenávaných na molekulární úrovni. Analýza impulsů akčních napětí a jejich šíření. Celulární základ vzniku diagnosticky významného elektromagnetického pole orgánů. Vazba mezi elektrickým podrážděním a svalovou kontrakcí. Základy biomechaniky, mechanika svalu, mechanika kardiovaskulárního systému. Úvod do bioetermodynamiky. Význam a příklady použití Gibbsovy energie a elektrochemických potenciálů v biofyzice. Ekosystém z hlediska biotermodynamiky. Bionika MBNK Bionika - základní pojmy a principy. Informační a řídicí subsystém lidského organismu. Základy genetiky, genetické algoritmy (GA), úvod do teorie GA. Nervová soustava: elektrické vlastnosti, měření kvality činnosti nervové soustavy (EEG), úvod do umělých neuronových sítí (UNS), využití UNS. Fuzzy množiny a jejich aplikace pro modelování lidského usuzování. Sluch: principy činnosti, měření kvality činnosti, náhrady. Zrak: principy činnosti, měření kvality činnosti. Kosterní svalstvo: principy a měření kvality činnosti (EMG). Kardiovaskulární systém: elektrické vlastnosti, EKG. Počítačová podpora lékařské diagnostiky MPDG Použití umělé inteligence v medicíně. Počítačově podporovaná lékařská diagnostika (PPLD), její aplikační oblasti, návrh systémů PPLD, význam a využití znalostí. Principy rozhodování v medicíně, medicínská data, interpretace diagnóz. Neurčitost v medicínských datech, usuzování za podmínek neurčitosti. Principy fuzzy vyjádření neurčité informace. Fuzzy logika pro PPLD. Stavba expertních systémů, význam znalostí a faktů, proces strojového usuzování. Reprezentace medicínských znalostí. Modelování biologických systémů MMOB Základní pojmy z teorie modelování a simulace, klasifikace modelů, matematické modely, simulace diskrétních a spojitých signálů. Analýza spojitých a diskrétních systémů: stacionární stavy systémů prvního a vyšších řádů, stabilita a grafické řešení. Zobecněné vlastnosti systémů: rezistivita, akumulační vlastnost, mechanika tekutin v biomedicínských systémech. Kompartmentové modely: klasifikace kompartmentových modelů, farmakokinetické modely, modelování infuzního, injekčního a perorálního podávání. Jednoduché a vícepruhové populační modely. Epidemiologické modely: spojité a diskrétní modely SIR, SI a SIS. Ekologické inženýrství MEKI Technické aspekty životního prostředí s důrazem na jednotlivá fyzikální pole a chemii, metody ochrany před nepříznivými účinky. Ekonomika v životním prostředí a posuzování vlivu na životní prostředí. Bioklimatologie, struktura ovzduší, emise, imise, snižování hluku, elektromagnetických polí, ionizujícího záření. Metody měření fyzikálních polí a hygienické limity. Ekologické informační systémy a systémy GIS. Metody nakládání s odpady. Přehled právních předpisů pro oblast životního prostředí.