• Výskum deformácií magnetických polí spôsobených slabo magnetickými materiálmi zobrazovacími metódami na báze NMR
• Metóda párového časového zberu na rýchle trénovanie HTM sietí používaných v počítačovom videní
• Štúdia vplyvu nepresnosti určenia polohy EKG elektród na lokalizáciu ischemických ložísk
• Meranie koncentrácie magnetických nanočastíc v biologických tkanivách

Výsledok 1: Výskum deformácií magnetických polí spôsobených slabo magnetickými materiálmi zobrazovacími metódami na báze NMR

Projekty: VEGA  2/0090/11 a ŠPVV 2003SP200280203, projekt ASFEU CEKOMAT, ITMS No. 26240120006 (Ústav merania SAV).

Riešitelia: I. Frollo, P. Andris, J. Přibil, D. Gogola, L. Valkovič, P. Szomolányi

 Objekty vložené do homogénneho magnetického poľa NMR tomografu svojimi magnetickými vlastnosťami (susceptibilita) spôsobujú deformáciu tohto poľa, ktorú je možné merať a zobraziť špeciálnymi snímačmi. Metódy zobrazovania deformácií magnetických polí vedia zobraziť veľmi malé magnetické zmeny v biologických alebo fyzikálnych vzorkách. Tieto zmeny ovplyvňujú stacionárne homogénne magnetické pole tomografu, rádiofrekvenčné pole, impulzové gradientové magnetické pole a akustické vibrácie, ktoré vznikajú účinkom magnetických gradientových impulzov.
Pre vzorky slabo magnetických materiálov boli teoreticky vypočítané rozptylové magnetické polia. Rozptylové polia boli testované na NMR tomografe pri magnetickom poli 0.178 T. Bol realizovaný homogénny fantóm (referenčné médium) - naplnený vodným roztokom. Výsledné obrazy tenkej vodnej vrstvy nad vzorkou reprezentujú zmeny magnetického poľa spôsobenej touto vzorkou. Na detekciu týchto zmien bola navrhnutá nová sekvencia Gradient-echo, ktorá je citlivá na malé zmeny magnetického poľa. Bola vykonaná analýza frekvenčných vlastností akustického hluku pre rôzne typy 3-D MR sekvencií.
Metodika bola úspešne experimentálne otestovaná na malých vzorkách. Nájde uplatnenie v ďalšom výskume pri vyšetrovaní interakcií magnetického poľa so živými organizmami a tiež vo výskume nových magnetických materiálov.

Obr. 1. Vľavo: NMR snímač - horizontálna vysokofrekvenčná cievka a plastikový držiak (homogénny  fantóm), pracovná oblasť priemer 90 mm. Vpravo:  NMR obraz materiálovej vzorky - polymérové vlákno, hrúbka 0.14 mm, vzorka bola impregnovaná vrstvou Fe₃O₄ nanočastíc.

Publikácie:

• FROLLO, Ivan - ANDRIS, Peter - GOGOLA, Daniel - PŘIBIL, Jiří - VALKOVIČ, Ladislav - SZOMOLÁNYI, Pavol. Magnetic field variations near weak magnetic materials studied by magnetic resonance imaging techniques. In IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol. 48, no. 8, p. 2334-2339. ISSN 0018-9464. (1.363-IF2011)
• ANDRIS, Peter - FROLLO, Ivan. Measurement of magnetic field with background using a low field NMR scanner. In Measurement Science and Technology, 2012, vol. 23, no. 6, art. no. 065006. ISSN 0957-0233. (1.494-IF2011) 
• PŘIBIL, Jiří - PŘIBILOVÁ, A. - FROLLO, Ivan. Analysis of spectral properties of acoustic noise produced during magnetic resonance imaging. In Applied Acoustics, 2012, vol. 73, p. 687-697. ISSN 0003-682X. (1.050-IF2011)  

Výsledok 2: Metóda párového časového zberu na rýchle trénovanie HTM sietí používaných v počítačovom videní

Projekty: VEGA 2/0019/10 (Ústav merania SAV), doktorandský projekt v rámci grantu „e-talent" Nadácie Tatra banky č. 2010et019.

Riešitelia: S. Štolc, I. Bajla, K. Valentín, R. Škoviera

 Vo výskume biologicky inšpirovaných sietí umelej inteligencie, ktorým sa na ústave zaoberáme, sme sa v roku 2012 koncentrovali na rozvoj modelu hierarchickej temporálnej pamäte (HTM) v úlohách počítačového videnia. Navrhli sme novú metódu zberu obrazových dát, ktorá umožňuje rýchlejšie a spoľahlivejšie trénovanie HTM siete v úlohách klasifikácie statických obrazov. Táto metóda využíva páry obrazových vzorov (fragmentov) špeciálne vybraných z nekonečnej náhodnej prechádzky cez trénovacie obrazy vo virtuálnej časovej doméne. Bol vykonaný veľký súbor experimentov s HTM sieťou s jednou vrstvou aplikovanou na úlohy pozične, škálovo a čiastočne rotačne invariantného rozpoznávania geometrických objektov. Získané výsledky dokazujú, že navrhnutá metóda dáva významne rýchlejšiu konvergenciu k teoretickému maximu presnosti danej klasifikačnej metódy. Preto sa dá odporučiť, aby sa používala namiesto pôvodných hladkých generátorov prvkov obrazovej knižnice (codebook) v úlohách, ktoré neumožňujú rozsiahle trénovanie na množine statických obrazov v zložitých úlohách vizuálnej klasifikácie.

Obr. 1. Na ľavom obrázku je ilustrovaný princíp vytvárania knižnice obrazových vzorov pomocou Metropolis-Hastings (M-H) algoritmu. Na pravej strane je ukážka trénovania HTM siete metódou párového časovéhpo zberu obrazových vzorov vybraných z nekonečnej náhodnej prechádzky Brownovského typu cez trénovacie obrazy.

Publikácie:

Výsledok 3: Štúdia vplyvu nepresnosti určenia polohy EKG elektród na lokalizáciu ischemických ložísk

Projekty: VEGA 2/0210/10 „Metódy a systémy na mnohokanálové meranie a hodnotenie bioelektrických signálov srdca a mozgu", APVV-0513-10 „Meracie, komunikačné a informačné systémy na monitorovanie kardiovaskulárneho rizika u pacientov s hypertenziou"

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

Bol vyšetrovaný vplyv nepresnosti určenia polohy EKG elektród na hrudníku na výsledok neinvazívnej lokalizácie ischemických ložísk pomocou riešenia tzv. inverznej úlohy elektrokardiografie. Bolo simulovaných 12 ischemických ložísk a im zodpovedajúce EKG na povrchu realistického hrudníka. Z nich boli inverzným výpočtom spätne určené miesta ischemických ložísk, pričom boli použité 3 nehomogénne modely hrudníka: 1. realistický model, so skutočnou polohou 62 EKG elektród získaný pomocou MR tomografie, 2. model s tvarom vytvoreným zo všeobecného modelu na základe rozmerov reálneho hrudníka a s elektródami umiestnenými podľa definície zvodového systému, 3. model hrudníka s tvarom ako v 2. modeli ale so skutočnou polohou elektród ako v modeli 1. Priemerná chyba určenia miesta ischemického ložiska bola pri použití 1. modelu 0,5 cm, pre 2. model 1,8 cm a pre 3. model 1,0 cm. Z výsledkov vyplýva, že  na zmenšenie chyby určenia miesta ischemického ložiska pomocou riešenia inverznej úlohy je potrebné verne modelovať nielen tvar hrudníka, ale aj skutočnú polohu EKG elektród a tak zachovať vzťahy medzi polohou srdca a jednotlivými elektródami.

Publikácie:

Výsledok 4: Meranie koncentrácie magnetických nanočastíc v biologických tkanivách

Projekty: VEGA 2/0160/10

Riešitelia: M. Škrátek, I. Šimáček, A. Dvurečenskij, A. Cigáň

Bola navrhnutá a odskúšaná magnetometrická metóda kvantifikácie obsahu magnetických nanočastíc Fe₃O₄ injektovaných prostredníctvom magnetických kvapalín do tkaniva  pokusných zvierat (potkanov). Koncentrácia nanočastíc v meranom objekte a vo vzorkách sa určovala na základe magnetickej odozvy na striedavé magnetické pole jednokanálovým SQUID gradiometrom. Výsledky sa porovnávali s meraním magnetického momentu mikrovzoriek roztokov magnetických kvapalín a  vody získaných pomocou SQUID magnetometra Quantum Design MPMS XL 7 AC. Kombináciou týchto dvoch meraní  bolo možné spresniť výsledky a analyzovať chyby kvantifikačných meraní spôsobené rôznou veľkosťou meraného objektu a jeho vzdialenosťou od snímača. Predpokladaná citlivosť merania koncentrácii nanočastíc nachádzajúcich sa v biologických tkanivách a koloidných roztokoch bude pri tejto metóde 3 až 5 µg_Fe3O4 /cm³_H2O.

Publikácia: