Záróvizsga

1. Röntgendiagnosztika és planáris leképezések. Röntgen források, detektorok, röntgensugárzás kölcsönhatása anyaggal, kontraszt az emberi testben, a képminőség tényezői, a CT evolúciója, Hounsfield egység, fan-beam rekonstrukció, projekció alapfogalmai (képnagyítás, forrásnagyítás), projekció lineáris konvolúciós formája, pontszerű forrás és tárgy képe, rés képe, átviteli függvény

2. Izotópdiagnosztika: Gamma kamera és SPECT. Az Anger-elv. Kollimátorok, pinhole és multipinhole leképezés. Izotópdiagnosztika gamma-kamerás síkleképezéssel: alkalmazott forrástípusok (radiofarmakonok), hatásfok, elérhető képparaméterek, felbontóképesség, zajforrások, vizsgálható szervek, vizsgálati célok. A SPECT elve, kivitelezésének módjai, képminőséget befolyásoló tényezők, alkalmazási irányok.

3. Izotópdiagnosztika: PET. A PET elve, koincidencia-technikák. Időzítés. Valódi, véletlen és szórásból származó koincidenciák, aktivitás-számlálási sebesség összefüggése, zaj-ekvivalens számlálási sebesség (NEC rate), single ráta, random ráta. Pozitron-range, annihilációs fotonok non-kollinearitása. A PET detektorok jellemzői, képminőséget befolyásoló tényezők, alkalmazási irányok

4. Ultrahangdiagnosztika és lineáris átviteli rendszerek. UH források és detektorok, az UH kölcsönhatása anyaggal, szöveti modellek, A-, B- és M-módú képalkotás, doppler-mód, Lineáris rendszerek, eltolási-invariáns transzformáció, szuperpozíció elve, Fourier, Laplace, Z, Walsh transzformált, szűrők, digitális Fourier transzformált, mintavételezési törvény

5. Mágneses Rezonancia képalkotás (MRI). Az MRI alapfogalmai (gerjesztés, spin, Larmor frekvencia, giromágneses faktor), spinek rendeződése és relaxációja külső mágneses térben, T1, T2 relaxáció, Bloch egyenletek, az MRI készülék felépítése és működése, FID, Pulse-echo és Inversion Recovery szekvenciák, 3D MRI képalkotás

6. A diagnosztikai célú felvételek tulajdonságai. A kép fogalma, digitális kép, a 2D kép tulajdonságai (színezet, telítettség, fényesség), a képminőség alapjellemzői (kontraszt, zaj, felbontás), a képi alapjellemzők egyesített fogalmai (MTF, SNR, DQE), képfelismerési modellek és mérőszámok – Rose modell és alkalmazása Poisson modellre, ROC), a digitális képfeldolgozás elemei, DICOM szabvány

7. A 2D Radon transzformáció tulajdonságai és a 2D inverz Radon transzformáció. Egyenes paraméterezése a paraméterezéssel, tulajdonságok és transzformációs tételek, konvolúció, Központi/Fourier szeletelési tétel, Fourier inverziós képlet, visszavetítő operátor, adjungált Radon transzformált, Hilbert transzformált és szerepe a Radon inverzióban, szűrt visszavetítés, szűrt visszavetítés diszkrét formában, Ram-Lak, Shepp-Logan, Cos szűrők

8. Iteratív rekonstrukciós eljárások determinisztikus modellben és analitikus képrekonstrukció magasabb dimenziókban. Radon transzformált voxelbázison, Kaczmarz iteráció, Maxium-Likelihood becslés, Maximum Aposteriori becslés, ML-EM módszer, az emissziós tomográfiás rekonstrukcó E és M lépése, MAP-LM, OSEM rekonstrukciók, Radon transzformált magasabb dimenziókban, Radon inverziós formula multidimenzionális esetben, általános inverziós képlet tetszőleges dimenzióra, sugár-transzformált, a sugár-transzformált kiegészítése teljes Fourier transzformálttá, 3D szűrt visszavetítés. A CT orvosi alkalmazásai.

1. Sugárfizika alapjai, a dózisfogalom kialakulása, a doziméterek jellemzői. Sugárdózis mérők felépítése és jellemző paraméterei, ionizációs kamrák típusai, alkalmazhatósági feltételei, felépítésük és kalibrációs faktorai, film dozimetria, TLD. Sugárterápiás fantomok szerepe a sugárterápiában, fajtái és főbb tulajdonságai. Besugárzókészülékek szerepe a sugárterápiában, mélyterápiás röntgen készülékek jellemzői, kobalt ágyú tulajdonságai, felépítése. Lineáris gyorsítók működési elve, felépítése, jellemző paraméterei.

2. Foton- és elektronnyaláb kalibráció (Dozimetriai mennyiségek, Foton terápia paraméteri, Négyzetes fogyás, besugárzási mező, ekvivalens mezőméret, mezőillesztés, a foton nyaláb áthaladása páciensen, Kollimátor faktorok, Százalékos mélydózis, PDD mérés vízben és levegőben, SSD és SAD besugárzási technikák jellemzői, TAR, TPR és TMR meghatározása és mérése, Mezőprofilok, Inhomogenitás korrekció.

3. Besugárzástervezés a foton teleterápiában (Besugárzástervezés folyamatábrája, Rögzítés és betegbeállítás, Képalkotás szerepe a sugárterápiában (PET, CT, MRI), A védendő szervek és célterületek meghatározása, besugárzástervezési technikák, mezőmódosító eszközök, besugárzási tervek értékelése, dózis-térfogat hisztogramok szerepe és fajtái, kezelési tervek ellenőrzése, port filmek és elektronikus mezőellenőrző berendezések fajtái és szerepe, kezeléskor előforduló hibák típusai és korrekciós lehetőségek.

4. Elektronsugárzás alkalmazása a sugárterápiában (Az elektron interakciója az elnyelő közeggel, a klinikumban alkalmazott elektron energia tartomány, mélydózis görbe mérése és jellemzői, inverz négyzetes törvény, gyakorlati hatótávolság (Rp), RCSDA, Elektron dózis gradiens, Az elektron sugár spektruma, az elektronnyaláb minőségi paraméterei, elektronsugárzás dozimetriája, dózisprofil jellemzői, applikátorok alkalmazása, klinikai alkalmazásának feltételei).

5. Brachyterápia (Brachyterápiás besugárzási technikák, Brachyterápiás sugárforrások jellemzői, afterloading kezelések, HDR készülékek felépítés és minőségbiztosítása, applikátorok alkalmazása és dóziselőírásai, Dózisteljesítmény definíciók, Bétasugárzó izotópok, Interstitiális brachyterápia dozimetriája).

6. Speciális sugárterápiás technikák (Intenzitásmodulált sugárterápia alapjai, inverz besugárzástervezés jellemzői, IMRT besugárzási technikák, Tomoterápiás besugárzókészülékek működési elve, Cyber-kés működési elve, IMRT tervek dozimetriai ellenőrzése, Képvezérelt sugárterápia technikai lehetőségei, Beteg beállítási pontatlanságok, Szisztematikus és random hibák, Sugársebészet alapjai, Protonbesugárzás fizikai alapjai.)

7. Minőségbiztosítás a sugárterápiában (Minőségbiztosítás alapfogalmai, besugárzókészülékek minőségellenőrzése, tervezőrendszerek minőségbiztosítása, nemzetközi protokollok jelentősége, IAEA 398, 430 protokolljainak ismerete).

8. Sugárvédelem és sugárbiológia a sugárterápiában (Természetes és mesterséges eredetű sugárforrások, A biológiai hatások kialakulásának időbeni lefolyása, Direkt és indirekt hatás, Szabadgyök képződés, LET, RBE, BED meghatározásai, Sugárzás biológiai hatásai, Sugárhatást befolyásoló tényezők, Lakossági és munkavállalói dóziskorlátok, LQ modell, Frakcionált sugárterápia, BED számítás a teleterápiában, brachyterápiában és protonterápiában, Sugárvédelmi feladatok sugárterápiás központban).

1. Szcintillációs anyagok, fő tulajdonságaik összehasonlítása: hatásfok, utánvilágítási idő. Fotomultiplierek működése, típusai, kvantumhatásfok, jel alakja, időbeli lefutása. Lavinafotodiódák APD, SiPM (GAPD). PS-PMT-k. CZT detektorok alkalmazhatósága.

2. A gamma-kamera megvalósítási módjai. Az Anger-kamera működési elve. Analóg és digitális kamerák. Statisztikus pozíciószámítás. Kollimációs technikák, alkalmazott forrástípusok (radiofarmakonok), hatásfok, elérhető képparaméterek, felbontóképesség, zajforrások, vizsgálható szervek, vizsgálati célok. Képkorrekciók, kalibrációs lépések.

3. A SPECT elve, kivitelezésének módjai, képminőséget befolyásoló tényezők, alkalmazási irányok. Analitikus és ML-EM rekonstrukció. Konjugált projekciók. Testen belüli szórás/elnyelés kompenzálása. SPECT rendszerek kalibrációs lépései.

4. A PET elve. Alapfogalmak: valódi, véletlen és szórásból származó koincidenciák, LOR, aktivitás-számlálási sebesség összefüggése, zaj-ekvivalens számlálási sebesség (NEC rate), single ráta, random ráta. Pile-up, holtidő. Lutécium saját aktivitása, pozitron-range, annihilációs fotonok non-kollinearitása.

5. A PET alkalmazásához szükséges izotópok előállítása gyorsítókban, az izotópok használatra történő előkészítése. Sugárvédelem a radiofarmakon készítésénél. Páciensdózis és dózisellenőrzés. Dózisbecslés PET/CT és SPECT/CT alkalmazásokban. Sugárvédelem az izotópdiagnosztikában.

6. A SPECT és PET CT-vel való kombinálhatósága. Motiváció. Elnyelés-korrekció CT segítségével nyert gyengítési-tényező térképből. A SPECT/CT és PET/CT előnyei, orvosi szempontok. Kombinálás MR-el.

7. Képzaj, szűrőzési módszerek. A zaj forrásai. Zajcsökkentési lehetőségek. Hardware-es és software-es zajcsökkentés. Szűrők: aluláteresztő szűrők, Butterworth.

I. Planáris leképezések, lineáris rendszerek

1. A digitális kép A kép fogalma, előállítása, a 2D kép tulajdonságai (színezet, telítettség, fényesség), 2D és 3D képek, a képminőség alapjellemzői (kontraszt, zaj, felbontás), a zaj színe, a képi alapjellemzők egyesített fogalmai (MTF, SNR, DQE), képfelismerési modellek és mérőszámok Rose modell és alkalmazása Poisson modellre, ROC)

2. Lineáris rendszerek Lineáris rendszerek, eltolási-invariáns transzformáció, szuperpozíció elve, Fourier transzformált, szűrők, digitális Fourier transzformált, mintavételezési törvény, artefaktumok keletkezése a Fourier-térben

3. Digitális képfeldolgozás Szürkeskála-transzformációk (kontraszt-szűrés, invertálás, automatikus hisztogram-javítás, adott hisztogramra hozás), térfüggő szűrések (lineáris szűrők, konvolúcó, simítás, digitális derivált, élesítés, unsharp mask, képjavítás a frekvenciatartományban)

4. Planáris leképezés, mint lineáris rendszer projekció alapfogalmai (képnagyítás, forrásnagyítás), projekció lineáris konvolúciós formája, pontszerű forrás és tárgy képe, rés képe, átviteli függvény

5. DICOM fájlformátum szerkezete, DICOM kommunikáció digitális adatreprezentáció, szöveges és képi adatok elkülönítése, DICOM tag-ek, a DICOM koordinátarendszer

II. Tomográfia

6. A 2D Radon transzformáció tulajdonságai Egyenes (t, paraméterezése a síkban, vonalmenti integrál (t, paraméterezéssel, tulajdonságok és transzformációs tételek (szimmetria, linearitás, elforgatás, eltolás, skálázás), konvolúció, pontforrás képe, szinogram vonalforrás képe, digitális Radon transzformáció

7. 2D analitikus inverz Radon transzformáció Központi/Fourier szeletelési tétel, Fourier inverziós képlet, visszavetítő operátor, adjungált Radon transzformált, Hilbert-transzformált és szerepe a Radon inverzióban, szűrt visszavetítés, szűrt visszavetítés diszkrét formában, Ram-Lak, Shepp-Logan, Cos szűrők; inverzió ortogonális polinomrendszerekkel

8. Analitikus képrekonstrukció magasabb dimenziókban Radon transzformált magasabb dimenziókban, Radon inverziós formula multidimenzionális esetben, általános inverziós képlet tetszőleges dimenzióra Riesz-potenciálokkal, sugár-transzformált, a sugár-transzformált kiegészítése teljes Fourier transzformálttá, szűrt visszavetítés az Orlov-gömbön

9. Iteratív rekonstrukciós eljárások determinisztikus modellben Radon transzformált voxelbázison, linearizált egynletrendszer, általánosított inverz mint L2 értelemben vett minimum, az általánosított inverz kiszámítása, Kaczmarz iteráció

10. Iteratív rekonstrukciós eljárások valószínűségi modellben Maxium-Likelihood becslés, Maximum Aposteriori becslés, Poisson modellek részecskedetektálásra (eloszlás, folyamat), ML-EM módszer, az emissziós és transzmissziós tomográfiás rekonstrukció E és M lépése, MAP-LM, OSEM rekonstrukciók

1. „Valódi véletlen” és kvázi-véletlen számok. Fizikai és algoritmikus véletlenszámgenerátorok, előnyeik, hátrányaik. Egyenletes eloszlású véletlen számok generálása. Négyzetközép-, szorzatközép-módszer, multiplikatív és kevert kongruenciális eljárás, egyéb algoritmusok. A véletlenszám-sorozat periodicitása és aperiodikus szakasza.

2. Véletlen számsorozat adott eloszlásnak való megfelelőségét vizsgáló próbák (illeszkedésvizsgálat, χ2-próba). Empirikus próbák a véletlen számsorozat egyenletességének és függetlenségének vizsgálatára. Egy- és több-dimenziós gyakoriságpróbák. Számjegy-gyakoriság teszt. Póker-próba, hézag-próba, futam-próba. Részsorozatpróbák.

3. Diszkrét eloszlású valószínűségi változók mintavételezése Monte Carlo módszerrel. Technikák a mintavételezés gyorsítására.

4. Valószínűség-sűrűségfüggvénnyel adott folytonos eloszlású valószínűségi változók mintavételezésére szolgáló különféle eljárások. Inverz-eloszlásfüggvény módszer, Neumann-féle elfogadás-elvetés (rejekciós) módszer. A rejekciós eljárás hatásfoka, hatásfok-javítási technikák. Kompozíciós módszer és annak alkalmazása közelítőleg egyenletes eloszlású valószínűségi változók hatékony mintavételezésére. Táblázatos mintavételezési módszerek és az általuk megvalósított közelítés értékelése az inverzeloszlásfüggvény analógia alapján.

5. Az általánosított rejekciós módszer és annak alkalmazása a normális eloszlás pontos mintavételezésére. A normális eloszlás közelítő mintavételezése kanonikus eloszlású véletlen számok összegzésén keresztül.

6. Térben izotróp irányeloszlás mintavételezése (1) a gömb ekvidisztáns síkokkal való szeletelésére vonatkozó tétel alapján; (2) normális eloszlású iránykomponensek felhasználásával; (3) az egységsugarú gömböt érintő kockán belüli térben egyenletesen eloszló pontok gömbön kívüli hányadának rejekciójával; (4) Marsaglia módszerével. A sík normálisához képest koszinuszos irányeloszlás mintavételezése.

7. Síkban izotróp irányeloszlás mintavételezésére szolgáló eljárások. A rejekciós eljárás gyorsítása a duplaszögek módszerével.

8. A részecske-transzport szimulálása Monte Carlo módszerrel. Analóg és nem analóg lejátszás. A részecskéhez rendelt Monte Carlo paraméterek. A részecske-transzport program főbb komponensei. A részecske-transzport szimuláció ütközési rutinja, ütközés utáni irány sorsolása.

9. Szabad úthossz modellezése homogén, szakaszosan homogén és inhomogén közegben (Woodcock-módszer).

10. A Compton-szóródás modellezése Monte Carlo módszerrel. A Klein-Nishina szögeloszlás transzformálása a foton energiaveszteségének arányára. Carlson, Kahn és Koblinger módszere.

11. Szóráscsökkentő eljárások a részecske-transzport szimulációjánál. A statisztikai súly, a térbeli fontosság, az orosz rulett és a trajektóriák felhasításának módszere.

12. Sokváltozós függvény értékének interpolálása Monte Carlo módszerrel.

1. Mágneses momentum dinamikája, klasszikus és kvantumos leírás.

2. Az MR jel (indukció, demodulálás, egyszerű kísérletek)

3. A térbeli felbontás kialkítása (gradiensek, k-tér, gradiens és spin ekhó, 2D kép)

4. Mintavételezés (A Fourier transzformáció tulajdonságai, FFT, mintavételezés és relaxáció hatásai)

5. Jel/zaj viszony és kontraszt

6. Egyensúlyi (Steady state) képalkotás (koherens és inkoherens eset, kontraszt, indukált ekhó)

7. További gyorsítási technikák

8. Technikai háttér (mágnesek, gradiensek, erősítők, RF)

1. Teleterápiás besugárzástervezés alapjai és dozimetriai ellenőrzése (2D, 3D, konformális, IMRT).

2. Brachyterápia alapjai és speciális technikák a brachyterápiában.

3. Speciális sugárterápiás technikák (tomoterápiás besugárzókészülékek működési elve, Cyber-kés, sugársebészet, protonbesugárzás fizikai alapjai).

4. Minőségbiztosítás a sugárterápiában (minőségbiztosítás alapfogalmai, besugárzó-készülékek minőségellenőrzése, tervezőrendszerek minőségbiztosítása, nemzetközi protokollok jelentősége, IAEA 398, 430 protokolljainak ismerete).

5. Sugárvédelmi feladatok sugárterápiás központban; sugárbiológia.

6. Méréstechnika a sugárterápiában (ionizációs kamrák, félvezető detektorok, TLD, OSLD, mérési protokollok ismertetése).