Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Metody fizyczne w diagnostyce i terapii
Course of study:
2018/2019
Code:
JFM-2-201-DE-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Dozymetria i elektronika w medycynie
Field of study:
Medical Physics
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Lankosz Marek (Marek.Lankosz@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Dudała Joanna (dudala@fis.agh.edu.pl)
prof. dr hab. inż. Lankosz Marek (Marek.Lankosz@fis.agh.edu.pl)
prof. nadzw. dr hab. inż. Szczerbowska-Boruchowska Magdalena (boruchowska@fis.agh.edu.pl)
dr Ostachowicz Beata (Beata.Ostachowicz@fis.agh.edu.pl)
dr inż. Wróbel Paweł (Pawel.Wrobel@fis.agh.edu.pl)
Module summary

Przedstawione zostaną zjawiska fizyczne i aparatura stosowana w nowoczesnych metodach diagnostycznych i terapeutycznych.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K006 Student potrafi pracować w zespole, angażuje się w dyskusję w grupie, ocenia efekty pracy innych studentów, potrafi dobrze sformułować swoje argumenty. Student rozumie potrzebę dokształcania się i podnoszenia kompetencji. Student ma świadomość zagrożenia pacjentów i personelu związanego z zastosowaniem urządzeń terapeutycznych i diagnostycznych FM2A_K02, FM2A_K01 Activity during classes,
Participation in a discussion
Skills
M_U007 Student potrafi ocenić zagrożenia wynikające z zastosowania nowoczesnych technologii w praktyce terapeutycznej i diagnostycznej. Umie przeprowadzić kontrolę jakości urządzenia terapeutycznego i diagnostycznego. FM2A_U06 Test,
Scientific paper,
Report,
Execution of laboratory classes
M_U008 Student potrafi wykorzystać symulacje komputerowe i metody obliczeniowe do rozwiązywania wybranych problemów związanych z zastosowaniem metod fizycznych w diagnostyce i terapii medycznej FM2A_U09, FM2A_U05 Test,
Report,
Execution of laboratory classes
M_U009 Student potrafi pozyskać informacje z literatury, przeprowadzić analizę danych doświadczalnych, zaprezentować je w formie sprawozdania lub prezentacji multimedialnej FM2A_U02 Test,
Scientific paper,
Report,
Execution of laboratory classes
Knowledge
M_W007 Student posiada wiedzę o zjawiskach fizycznych i aparaturze stosowanej w nowoczesnych metodach diagnostycznych i terapeutycznych FM2A_W02 Activity during classes,
Examination,
Participation in a discussion
M_W008 Student zna charakterystyki i własności metod stosowanych w diagnostyce i terapii FM2A_W03, FM2A_W04 Activity during classes,
Examination,
Participation in a discussion
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K006 Student potrafi pracować w zespole, angażuje się w dyskusję w grupie, ocenia efekty pracy innych studentów, potrafi dobrze sformułować swoje argumenty. Student rozumie potrzebę dokształcania się i podnoszenia kompetencji. Student ma świadomość zagrożenia pacjentów i personelu związanego z zastosowaniem urządzeń terapeutycznych i diagnostycznych - - + - - + - - - - -
Skills
M_U007 Student potrafi ocenić zagrożenia wynikające z zastosowania nowoczesnych technologii w praktyce terapeutycznej i diagnostycznej. Umie przeprowadzić kontrolę jakości urządzenia terapeutycznego i diagnostycznego. + - + - - + - - - - -
M_U008 Student potrafi wykorzystać symulacje komputerowe i metody obliczeniowe do rozwiązywania wybranych problemów związanych z zastosowaniem metod fizycznych w diagnostyce i terapii medycznej - - + - - + - - - - -
M_U009 Student potrafi pozyskać informacje z literatury, przeprowadzić analizę danych doświadczalnych, zaprezentować je w formie sprawozdania lub prezentacji multimedialnej - - + - - + - - - - -
Knowledge
M_W007 Student posiada wiedzę o zjawiskach fizycznych i aparaturze stosowanej w nowoczesnych metodach diagnostycznych i terapeutycznych + - - - - + - - - - -
M_W008 Student zna charakterystyki i własności metod stosowanych w diagnostyce i terapii + - - - - + - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Podstawy fizyczne tomografii komputerowej (4 godziny)

    Odtwarzanie obrazów 2D i 3D. Filtracja. Metoda wstecznej projekcji. Metody iteracyjne. Transformacja Fouriera.

  2. Rentgenowska tomografia komputerowa (3 godzin)

    Podstawy fizyczne. Aparatura diagnostyczna. Tomografia dwuenergetyczna. Mikro i mili-CT. Tomografia ilościowa. Artefakty w RTC. Zdolność rozdzielcza. Ochrona radiologiczna w RTC. Tomografia z zastosowaniem wiązki elektronów. Perspektywy rozwoju.

  3. Pozytonowa tomografia emisyjna. (2 godziny)

    Podstawy fizyczne. Geometria pomiaru koincydencji. Aparatura diagnostyczna. Artefakty w obrazowaniu. Badania z zastosowaniem PET

  4. Jednofotonowa tomografia emisyjna (2 godziny)

    Scyntygrafia. Scyntygrafia różnicowa

  5. Metody hybrydowe (2 godziny)

    Wybrane przykłady hybrydyzacji (SPECT-CT, PET-CT, PET-MRJ). Wewnętrzna i zewnętrzna synteza obrazów.

  6. Terapia onkologiczna. (3 godziny)

    Teleradioterapia. Akceleratory medyczne. Metody formowania wiązek promieniowania. Radioterapia stereotaktyczna. Wybrane zagadnienia z dozymetrii

  7. Brachyterapia rentgenowska i radioterapia śródoperacyjna. (2 godziny)

    Igły fotonowe. Metody radioterapia śródoperacyjnej

  8. Radioterapia hadronowa. (2 godziny)

    Akceleratory cząstek naładowanych. Oddziaływania cząstek naładowanych z materią. Optymalizacja rozkładu dawki. Kontrola dozymetryczna w terapii hadronowej.

  9. Radioterapia z zastosowaniem neutronów (2 godziny)

    Oddziaływanie neutronów z materią. Źródła neutronów. Zastosowanie neutronów prędkich i termicznych (BNCT)

  10. Symulacje komputerowe w medycznych zastosowaniach promieniowania jonizującego (2 godziny)

    Metoda Monte Carlo. Obliczanie rozkładu dawek. Obliczenia parametrów wiązek terapeutycznych

  11. Promieniowanie synchrotronowe w diagnostyce i terapii (2 godziny)

    Mikroskopia rentgenowska, radioterapia z zastosowaniem mikrowiązek, kontrast fazowy w diagnostyce nowotworów, fotonowa terapia aktywacyjna, angiografia, wieloenergetyczna tomografia komputerowa

  12. Analiza biomodulatorów dla potrzeb diagnostyki medycznej (2 godziny)

    Ultraśladowa pierwiastkowa analiza chemiczna, metody oparte na spektroskopii wibracyjnej, molekularne i pierwiastkowe obrazowanie chemiczne.

Laboratory classes:
  1. Ćwiczenia wstępne (1 godz.)

    przypomnienie przepisów bezpiecznego użytkowania źródeł promieniotwórczych, źródeł promieniowania X, aparatury pomiarowej oraz pracy z preparatami biologicznymi

  2. Model Pozytonowego Tomografu Emisyjnego (3 godz.)

    - student potrafi wyjaśnić zasadę działania pozytonowego tomografu emisyjnego
    - student potrafi wymienić nuklidy beta plus promieniotwórcze stosowane w pozytonowej tomografii emisyjnej
    - student potrafi wyjaśnić zjawisko koincydencji, wymienić rodzaje koincydencji i omówić sposób ich powstawania
    - student wie co to jest sinogram i potrafi go narysować
    - student potrafi wymienić kilka metod rekonstrukcji obrazu tomograficznego i omówić metodę projekcji wstecznej
    - student potrafi określić zdolność rozdzielczą układu pomiarowego stosowanego w ćwiczeniu laboratoryjnym

  3. Mikrospektroskopia w podczerwieni (3 godz.)

    Fouriera oraz mikroskopu w podczerwieni.
    - student umie przygotować próbki do analizy w skali makro- i mikroskopowej.
    - student potrafi dokonać pomiaru próbek z wykorzystaniem spektrometru w podczerwieni.
    - student umie wykonać analizę spektralną zarejestrowanych widm i biegle identyfikuje
    podstawowe pasma absorpcyjne głównych makromolekuł biologicznych
    -student potrafi sporządzić dwuwymiarowe mapy rozkładu grup funkcyjnych biomolekuł

  4. Ultraśladowa analiza pierwiastkowa metodą rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej (3 godz.)

    -student umie przygotować próbki tkanek i płynów ustrojowych do analizy.
    -student potrafi przygotować spektrometr promieniowania X do pomiarów (wykonać kalibrację
    energetyczną spektrometru, zinterpretować zmierzone widma i zidentyfikować linie promieniowania charakterystycznego).
    -student potrafi wykonać pomiary próbek wzorcowych i wykonać cechowanie analizatora
    - student potrafi zmierzyć widmo wzbudzone w nieznanych próbkach, określić ich skład chemiczny oraz obliczyć stężenia oznaczanych pierwiastków.
    -student potrafi ocenić niepewność pomiaru stężeń.

  5. Rentgenowska tomografia komputerowa z zastosowaniem mikrowiązki promieniowania X (3 godz.)

    -student potrafi zaprogramować parametry skanowania tomograficznego
    -student potrafi wykonać skanowanie tomograficzne z kontrastem absorpcyjnym i fluorescencyjnym
    -student potrafi przetworzyć zebrane dane pomiarowe metodą filtracji z projekcją wsteczną
    -student potrafi wyznaczyć rozkład liniowego współczynnika absorpcji oraz rozkład pierwiastków w próbce testowej.
    -student potrafi przeprowadzić interpretacja otrzymanych wyników

  6. Kolokwium zaliczeniowe (1 godz.)

    Na pierwszych zajęciach będą przypomniane zasady bezpiecznego użytkowania źródeł promieniowania jonizującego, pracy z preparatami biologicznymi oraz eksploatacji elektronicznej aparatury pomiarowej. Każde z ćwiczeń laboratoryjnych będzie trwało 3h. W trakcie wykonywania ćwiczenia będzie sprawdzana i oceniana wiedza z zakresu tematyki ćwiczenia. Wyniki pomiarów będą przygotowywane w formie sprawozdania. Sprawozdanie będzie oceniane. Warunkiem dopuszczenia do kolejnego ćwiczenia będzie oddanie sprawozdania z poprzedniego ćwiczenia. Na ostatnich zajęciach będzie przeprowadzone kolokwium oceniające wiedzę i umiejętności zdobyte podczas realizacji ćwiczeń laboratoryjnych

Seminar classes:
  1. Rentgenowska tomografia komputerowa.
  2. Terapia onkologiczna.
  3. Jednofotonowa tomografia emisyjna. Scyntygrafia. Scyntygrafia różnicowa
  4. Magnetyczny rezonans jądrowy, hybrydyzacja metod stosowanych w diagnostyce obrazowej
  5. Radioterapia hadronowa.
  6. Radioterapia z zastosowaniem neutronów.
  7. Symulacje komputerowe w medycznych zastosowaniach promieniowania jonizującego
  8. Promieniowanie synchrotronowe w diagnostyce i terapii.

    Problematyka zajęć seminaryjnych koncentruje się na zagadnieniach związanych z tematyką wykładu i stanowi jego uzupełnienie. Na pierwszych zajęciach podane zostaną tematy referatów, przedstawiany jest sposób przygotowania poprawnej prezentacji multimedialnej na wybrany temat a także omawiane są warunki zaliczenia. Tematy referatów seminaryjnych różnią się w poszczególnych latach, zawsze jednak istotny jest nacisk na zrozumienie zjawisk fizycznych wykorzystywanych w diagnostyce i terapii medycznej oraz zrozumienie działania aparatury elektronicznej. Przedstawione przez studentów zagadnienia związane z prezentacją seminaryjną są potem podstawą sprawdzianu końcowego.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 150 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Participation in lectures 30 h
Realization of independently performed tasks 36 h
Participation in laboratory classes 15 h
Preparation for classes 31 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 19 h
Participation in seminar classes 15 h
Contact hours 4 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena z egzaminu ( E ) obliczana jest następująco: procent uzyskanych punktów (suma z odpowiedzi na pytania egzaminacyjne) przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.
Ocena z ćwiczeń laboratoryjnych ( C ) obliczana jest jako średnia arytmetyczna z pięciu ocen cząstkowych obejmujących zaliczenia poszczególnych ćwiczeń i kolokwium końcowego.
Ocena seminarium ( S ) obliczana jest jako średnia arytmetyczna dwóch ocen cząstkowych obejmujących ocene prezentacji i sprawdzianu końcowego.
Ocena końcowa ( OK ) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu ( E ), z ćwiczeń laboratoryjnych ( C ) i zajęć seminaryjnych ( S ):

OK = 0.6 x E + 0.2 x C+0.2 x S

Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej (OK) wymaga uzyskania pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych, seminarium i egzaminu.

Prerequisites and additional requirements:

Wiedza i umiejętności uzyskane podczas pierwszego stopnia studiów na kierunku Fizyka medyczna

Recommended literature and teaching resources:

A. Hrynkiewicz, G. Rokita ,” Fizyczne metody diagnostyki medycznej i terapii”, PWN 2000
L. Królicki, “Medycyna nuklearna”, Fundacja im. L. Rydygiera, Warszawa 1996
S. Webb, “The Physics of medical imaging”, Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 1990
Literatura uzupełniająca
A.C.Kak, M.Slaney,“Principles of Computerized Tomographic Imaging”. IEEE Press, 1987.
P.J. Early, “Principles and practice of nuclear medicine”, Mosby, 1995
Gopal B. Sacha, “Physics and Radiobiology of Nuclear Medicine”, Springer New York, 2001
Zalecana literatura podawana jest indywidualnie w zależności od wybranego tematu wykładu seminaryjnego

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1. A.D.Surowka, A.Krygowska-Wajs, A.Ziomber, P.Thor, A.A.Chrobak, M.Szczerbowska-Boruchowska.Peripheral Vagus Nerve Stimulation Significantly Affects Lipid Composition and Protein Secondary Structure Within Dopamine- Related Brain Regions in Rats
NeuroMolecular Medicine, 17/2 (2015) 178-191.
2. M.Z.Kastyak, M.Szczerbowska-Boruchowska, D.Adamek, B.Tomik, M.Lankosz, K.M.Gough. Pigmented creatine deposits in amyotrophic lateral sclerosis central ervous system tissues identified by synchrotron Fourier transform infrared microspectroscopy and x-ray fluorescence spectromicroscopy. Neuroscience, 166 (2010) 1119-1128.
3. M.Szczerbowska-Boruchowska, J.Chwiej, P.Dumas, B.Tomik, D.Adamek, M.Lankosz.
Revealing the presence of creatine in human spinal cord in amyotrophic lateral sclerosis, by infrared microspectroscopy. Spectroscopy Europe, 22 (2010) 17-20.
4. M.Lankosz, M.Grzelak, B.Ostachowicz, A.Wandzilak, M.Szczerbowska-Boruchowska, P.Wrobel, E.Radwanska, D.Adamek
Application of the total reflection X-ray fluorescence method to the elemental analysis of brain tumors of different types and grades of malignancy
Spectrochimica Acta Part B, 101 (2014) 98–105

Additional information:

Z uwagi na konieczność zapewnienia efektów kształcenia niezbędne jest przeprowadzenie egzaminu pisemnego.

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na ćwiczeniach laboratoryjnych:
W trakcie semestru przewidziany jest jeden dodatkowy termin ćwiczeń dla wszystkich studentów mających zaległości, po zakończeniu całego cyklu ćwiczeń ustalony z prowadzącymi zajęcia w którym można wykonać pomiary, których student z przyczyn losowych nie mógł wykonać w terminie przewidzianym harmonogramem zajęć. Studenci mogą wówczas odrabiać ćwiczenia po uprzednim uzyskaniu zgody prowadzącego zajęcia w jego grupie oraz odpowiadać z części teoretycznej, potwierdzonej wpisem do protokołu.

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach seminaryjnych: zaliczenie zajęć seminaryjnych wymaga obecności na wszystkich zajęciach podanych w treści modułu oraz wygłoszenie i zaliczenia prezentacji przewidzianych harmonogramem zajęć. Nieobecność na zajęciach z przyczyn losowych wymaga od studenta samodzielnego opanowania materiału prezentowanego na zajęciach i jego zaliczenia w formie pisemnej w terminie wyznaczonym przez prowadzącego zajęcia, lecz nie później niż w ostatnim tygodniu trwania zajęć. Uzyskanie negatywnej oceny z prezentacji lub jej nie wygłoszenie w przewidzianym harmonogramem zajęć terminie wymaga ustalenia z prowadzącym zajęcia nowego terminu jej wygłoszenia, nie później niż w ostatnim tygodniu trwania zajęć. Warunkiem przystąpienia do kolokwium jest pozytywna ocena prezentacji.

Zasady zaliczania ćwiczeń laboratoryjnych:
Zaliczenie laboratorium wymaga zaliczenia wszystkich ćwiczeń podanych w treści modułu.
Warunkiem uzyskania zaliczenia z pojedynczego ćwiczenia jest:
-uzyskanie pozytywnej oceny z przygotowania teoretycznego
-poprawnie wykonane pomiary
-zaliczone sprawozdanie z opracowaniem wyników
Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest koniec zajęć w danym semestrze. Student może dwukrotnie przystąpić do poprawkowego zaliczania.

Zasady zaliczania zajęć seminaryjnych: podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest koniec zajęć w danym semestrze. Student może dwukrotnie przystąpić do poprawkowego zaliczania.