• Neparametrické metódy matematickej štatistiky
• Metódy zobrazovania magnetických materiálov na báze magnetickej rezonancie
• Klasifikácia spánkových stavov
• Mechanochemické syntézy nanokryštalických oxidov
• Štúdia vplyvu individuálnej geometrie hrudníka pacienta na výsledok inverznej lokalizácie ischemických ložísk v srdci

Výsledok 1: Neparametrické metódy matematickej štatistiky

Projekty: VEGA 1/0077/09 a APVV RPEU-0008-06 (Ústav merania SAV).

Riešiteľ: F. Rublík

Publikácia:

• RUBLÍK, F.: Neparametrické metódy. VEDA - vydavateľstvo Slovenskej akadémie vied, Bratislava, ISBN 978-80-224-1187-5, 2011. Počet strán: 709.

Výsledok 2: Metódy zobrazovania magnetických materiálov na báze magnetickej rezonancie

Projekty:  VEGA 2/0090/11 a ŠPVV 2003SP200280203 (Ústav merania SAV)

Riešitelia: P. Andris, I. Frollo, O. Štrbák, L. Valkovič, J. Přibil, D. Gogola, T. Dermek

Metódy zobrazovania magnetických materiálov na báze magnetickej rezonancie patria medzi nešpecifické metodiky, ktoré za použitia špeciálnych snímačov pri homogénnom bázovom magnetickom poli vedia zobraziť veľmi malé magnetické zmeny v ľudskom organizme alebo aj in-vitro na malých fyzikálnych vzorkách. Bol vyvinutý rad nových metód zobrazovania biogenického magnetitu na báze testovania relaxačných procesov po excitácii. Nová metodika testovania slabých magnetických materiálov bola testovaná tak na báze NMR ako aj na báze CT zobrazovania. Nevyhnutnou podmienkou aplikácií týchto metód je vytvorenie optimálnej homogenity a stability bázového magnetického poľa. Navrhnutá metóda optimalizácie dovoľuje rýchlo a presne nastaviť a odmerať homogenitu magnetického poľa v cielenom objeme. Metodika bola úspešne experimentálne otestovaná na malých vzorkách. Nájde uplatnenie v ďalšom výskume pri vyšetrovaní interakcií magnetického poľa na živý organizmus a tiež na výskum novým magnetických materiálov.

 Obr. 1. Vľavo: Mapa magnetického poľa v centre NMR tomografu po optimalizačnom procese. Vpravo: NMR obraz materiálovej vzorky - dvojkríž vytvorený zo slabo magnetických pásov.

Publikácie:

• ANDRIS, Peter - FROLLO, Ivan. Optimized measurement of magnetic field maps using nuclear magnetic resonance (NMR). In Measurement Science and Technology, 2011, vol. 22, no. 4, art. no. 045501. ISSN 0957-0233. (1.350-IF2010)
• ŠTRBÁK, Oliver - KOPČANSKÝ, P. - FROLLO, Ivan. Biogenic magnetite in humans and new magnetic resonance hazard questions. In Measurement Science Review, 2011, vol. 11, no. 3, p. 85-91. ISSN 1335-8871. (0.400-IF2010)
• FROLLO, Ivan - HAIN, Miroslav - ŠEVČÍK, Robert. Mapping of weak magnetic materials using CT and NMR imaging methods - a comparison. In Použitie moderných nedeštruktívnych meracích metód vo výskume nových materiálov v rámci centra excelentnosti CEKOMAT. Editori M. Hain, K. Karovič, J. Jerz. - Bratislava : Ústav merania SAV, 2011. ISBN 978-80-969672-3-0, p. 18-21.
• ŠTRBÁK, Oliver - GOGOLA, Daniel - FROLLO, Ivan. Cube model approach in simulating of magnetite nanoparticles behaviour in external magnetic fields. In MEASUREMENT 2011 : Proceedings of the 8th International Conference on Measurement. Editori J. Maňka, V. Witkovský, M. Tyšler, I. Frollo. - Bratislava : Institute of Measurement Science SAS, 2011. ISBN 978-80-969-672-4-7, p. 115-118.
• FROLLO, Ivan - ANDRIS, Peter - PŘIBIL, Jiří - VOJTÍŠEK, Lubomír - DERMEK, Tomáš - VALKOVIČ, Ladislav - GOGOLA, Daniel - ŠTRBÁK, Oliver. Magnetic resonance imaging methods used for weak magnetic materials detection. In MEASUREMENT 2011 : Proceedings of the 8th International Conference on Measurement. Editori J. Maňka, V. Witkovský, M. Tyšler, I. Frollo. - Bratislava : Institute of Measurement Science SAS, 2011. ISBN 978-80-969-672-4-7, p. 319-322. 
• ANDRIS, Peter - FROLLO, Ivan. Static magnetic field instability and its inhomogeneity distribution mapping in NMR. In MEASUREMENT 2011 : Proceedings of the 8th International Conference on Measurement. Editori J. Maňka, V. Witkovský, M. Tyšler, I. Frollo. - Bratislava : Institute of Measurement Science SAS, 2011. ISBN 978-80-969-672-4-7, p. 166-169.

Výsledok 3: Klasifikácia spánkových stavov

Projekty:  VEGA 2/0019/10 (Ústav merania SAV).

Riešitelia: A. Krakovská, K. Mezeiová

V rámci výskumu sme analyzovali celonočné polysomnografické záznamy (EEG, EMG, EOG and EKG) z 20 subjektov. Preskúmaných bolo 74 mier, zahŕňajúcich spektrálne miery, ale aj moderné charakteristiky, známe z oblasti teórie nelineárnych dynamických systémov. Ukázalo sa, že niektoré netradičné miery (napr. fraktálna dimenzia a exponent, či entropie) mimoriadne úspešne detekujú fázy spánku. Je to argument v prospech výskumov, ktoré pripisujú škálovo invariantným procesom významné miesto v dynamike fungovania ľudského mozgu. K najťažším problémom klasifikácie spánku patrí odlíšiť S1 (ľahký spánok, zaspávanie) od REM (fáza s rýchlymi pohybmi očí). V tomto prípade sú najefektívnejšie miery, počítané z elektromyogramu (na čele s fraktálnym exponentom). Pri jednoduchších úlohách je možné použiť najmä pomer výkonu v delta a beta frekvenčných pásmach EEG. Úspešné miery sú potenciálne využiteľné aj samostatne na jemnejšiu analýzu priebehu spánku, alebo ako ľudským rozhodovacím faktorom nezaťažený etalón pri ďalšom výskume spánku. Spoľahlivo roztriediť všetky stavy pomocou jedinej miery nie je možné. Po pridaní ďalších štyroch vhodne zvolených mier ale už chyba klasifikácie klesne pod 20%. To je výsledok, zhodný s úrovňou špičkových expertov vizuálnej detekcie spánkových stavov. Výsledná metodika a softvér implementovaný v prostredí Matlab pomôžu kvalifikovanému odborníkovi zostaviť úspešný automatický klasifikátor spánkových stavov. Ten môže nájsť uplatnenie v spánkových laboratóriach, v neurodiagnostike, neuroterapii, ako aj pri návrhu efektívnych stratégií kontroly poklesu pozornosti. 

Obr. (a): hypnogram špecialistu, ktorý každému 30 sek. úseku celonočného merania po krátkom vizuálnom posúdení priradil jeden zo spánkových stavov. Obr. (b): najlepšia automatická klasifikácia bola založená na 14 charakteristikách. Obr. (c): úspešný klasifikátor, využívajúci len 4 miery.

Publikácie:

• ŠUŠMÁKOVÁ, K. - KRAKOVSKÁ, A.: Discrimination ability of individual measures used in sleep stages classification. Artificial Intelligence in Medicine, 44, 2008, 261-277.
• KRAKOVSKÁ, Anna - MEZEIOVÁ, Kristína. Automatic sleep scoring: a search for an optimal combination of measures. Artificial Intelligence in Medicine, 2011, vol. 53, no. 1, p. 25-33. ISSN: 0933-3657. 

Výsledok 4: Mechanochemické syntézy nanokryštalických oxidov

Projekty:  ASFEU projekt 26240120019 (CENTE II) a VEGA 2/0020/11.

Riešitelia: P. Billik, A. Cigáň, J. Maňka, A. Dvurečenskij

Chemické reakcie, ktoré nevyžadujú použitie rozpúšťadiel sú dobre realizovateľné využitím intenzívneho mlecieho procesu. Tento proces má unikátny vplyv na priebeh tzv. mechanochemických reakcií vedúcich ku vzniku nových materiálov alebo nanoštruktúr, obr. 1, naviac, mechanochemické syntézy predstavujú cenovo výhodnú cestu ku priemyselnej výrobe podobných materiálov. Výsledky našich prác boli zamerané na mechanochemickú syntézu oxidov ako sú Al2O3 a VO2, charakterizácie ich elektrických, magnetických a morfologických vlastností [1, 2]. Tieto oxidy majú významné postavenie v tzv. smart materiáloch, v podobe elektród v nových lítiových batériách, alebo ako superjemné abrazíva pri povrchovej úprave. 

Výsledky boli dosiahnuté v spolupráci s týmito pracoviskami: Katedra anorganickej chémie PRIF UK v Bratislave, Katedra ložiskovej geológie PRIF UK v Bratislave, Ústav materiálov MTF STU v Trnave.

Obr. 1. Transmisná elektrónová mikroskopia nanokryštálov korundu, alpha-Al2O3 (b), pripraveného novou mechanochemickou syntézou. (Foto: M. Čaplovičová [1]).  

Publikácie:

Výsledok 5: Štúdia vplyvu individuálnej geometrie hrudníka pacienta na výsledok inverznej lokalizácie ischemických ložísk v srdci

Projekty:  VEGA No. 2/0210/10 a APVV-0513-10

Riešitelia: J. Švehlíková, J. Lenková, M. Tyšler

Bola vyšetrená miera vplyvu tvaru hrudníka a orgánov pacienta na výsledok inverznej lokalizácie ischemických lézií. V prvej časti boli použité reálne rozdielové integrálové potenciálové mapy (DI_BSPMs) získané meraním v pokoji a pri záťažovom teste na 8 pacientoch s diagnostikovanou koronárnou chorobou srdca. Bolo zistené, že vplyv vonkajšieho tvaru hrudníka a jeho veľkosti je významnejší ako vplyv tvaru, veľkosti a polohy vnútorných orgánov, hlavne pľúc, i keď ich prítomnosť v modeli hrudníka je nevyhnutná. V ďalšej časti boli lokalizované jednoduché malé ischemické lézie v oblasti myokardu ľavej komory metódou inverznej lokalizácie do 1 dipólu, pričom vstupom boli DI_BSPMs simulované na modeloch hrudníkov získaných pomocou MRI. V inverznej úlohe bola chyba lokalizácie pre pôvodný model hrudníka z MRI 0,56 cm, pre štandardný model 1,77 cm a štandardný model prispôsobený rozmerom pôvodného 1,04 cm. V praxi teda ak nie je dostupný model hrudníka získaný pomocou zobrazovacej techniky, ako je CT alebo MRI, je lepšie použiť model prispôsobený čo najviac skutočnému tvaru hrudníka pacienta, než použiť štandardný a/alebo spriemernený model.

Obr. 1. Modely hrudníka použité v štúdii (zľava doprava): pôvodný hrudník pacienta, štandardný model hrudníka, štandardný model prispôsobený rozmerom modelu hrudníka pacienta.

Publikácie:

• Svehlikova, J. - Lenkova, J - Turzova, M. - Tysler, M. et al.: Influence of individual torso geometry on inverse solution to 2 dipoles. J Electrocardiol, 2012, vol.45, No.1 ,7-12. ISSN 0022-0736. (1.109-IF2010).
• Lenkova, J. - Svehlikova, J. - Tysler, M.: Individual vs. Adjusted standard torso model in the solution of the inverse problem in electrocardiology. Measurement 2011 8th International Conference on Measurement Proceedings, 2011. ISBN 978-80-969-672-4-7.