Doktorské studium

Informace k vyučovaným předmětům doktorského studia

	Aplikovaná optoelektronika v lékařství Garant: prof. Ing. Jan Vrba, CSc. Cíle a perspektivy optoelektronických měřicích systémů v neinvazivní lékařské diagnostice. Biofyzikální vztahy a fyziologické principy krevního oběhu. UV, VIS a IR-A spektroskopie. Optika oka a měření barev. Optické parametry biologické tkáně. Rozptyl světla v tkáni. Návrh a konstrukce optických senzorů. Optoelektronické zobrazování, biofyzikální principy transiluminace a tomografických technik. Demonstrace optoelektronických systémů v lékařské praxi (exkurze na pracoviště LF UK).
	Lékařské aplikace elektromagnetického pole Garant: prof. Ing. Jan Vrba, CSc. Přehled lékařských aplikací využívajících VF elektromagnetického pole, jeho interakce s biologickou tkání, hygienické normy. Princip a technické vybavení termoterapie a obecné postupy při návrhu hypertermických aplikátorů. Modelové výpočty rozložení SAR resp. teploty. Testovací metody hypertermických aplikátorů. Přehled jednotlivých typů aplikátorů pro různé druhy léčby (s evanescentním videm pro hloubkovou lokální léčbu, aplikátory pro intrakavitární léčbu, pro regionální termoterapii. Kompatibilní aplikátory s neinvazivní termometrií – NMR, ultrazvuk, radiometrické metody.
	Metodika vědecké práce Garant: doc. Ing. Stanislav Vítek, Ph.D. Účelem kurzu je poskytnout studentům soubor informací, návodů, rad a znalostí informačních zdrojů jako zázemí pro jejich budoucí vědeckou a výzkumnou činnost, vytvořit u nich návyk jistých postupů a způsobů práce s informacemi a uvést je tak do akademické sféry jako budoucí autory vědeckých publikací.
	Metody analýzy pasivních prvků mikrovlnné techniky Garant: prof. Ing. Jan Macháč, DrSc. Výpočet parametrů přenosových vedení (planárních – vedení mikropáskové, štěrbinové, koplanární, ploutvové, dielektrických – dielektrický vodič s kruhovým průřezem, s obdélníkovým průřezem ve žlábku, dielektrický H vlnovod). Výpočet rozptylových parametrů mikrovlnných struktur a analýza planárních antén. Přehled základních metod analýzy pasivních struktur s důrazem na metodu řešení integrálních rovnic, řešení diferenciálních rovnic v prostorové a spektrální oblasti, metodu konečných diferencí a konečných prvků, metodu sešívání vidů, metodu příčné rezonance. Přehled základních teorémů elektromagnetického pole. Metoda momentová, poruchová.
	Mikrovlnná technika Garant: prof. Ing. Karel Hoffmann, CSc. Předmět obsahuje základní rekapitulaci vedení a obvodových prvků pro mikrovlnné a dále pro hybridní a monolitické integrované obvody včetně problematiky technologie a speciálních měření. Z jednotlivých typů obvodových struktur jsou řešeny základní typy přenosových vedení, mikrovlnné rezonátory a ostatní pasivní mikrovlnné prvky a dále mikrovlnné oscilátory, směšovače, zdvojovače, zesilovače, přepínače, fázové posouvače, násobiče. Samostatnou kapitolu tvoří filtry. Zahrnuta je problematika speciálních mikrovlnných měření. Návrh obvodových struktur je realizován pomocí moderních softwarových produktů.
	Numerické metody v elektromagnetickém poli Garant: prof. Ing. Jan Macháč, DrSc. Veličiny a rovnice elmag. polí. Pomocné potenciály. Poissonova, Helmoltzova a vlnová rovnice. Matematické modely fyzikálních problémů. Klasifikace a numerické řešení. Analytické, semianalytické, seminumerické a numerické metody. Klasifikace metod z hlediska chyb. Maticové rovnice a algoritmy: MMT (Mode Matchning Technique), PMM (Point Matching Method), MOM (Method of Moments), MMP (Multi Multipoles), BEM (Boundary Element Method), FDM (Finite Diference Method), FEM (Finite Element Method), FIT (Finite Integration Technique). Stabilita řešení. Přímé metody, Gauss-Jordanova eliminace, pivotace, LU rozklad, tridiagonální soustava rovnic. Soustavy s řídkými maticemi. Metoda sdružených gradientů.
	Optická vlákna Garant: prof. Ing. Stanislav Zvánovec, Ph.D. Vedení vln optickým vláknem. Základní parametry – útlum, disperze, přenosové vlastnosti. Vlákna se skokovou změnou indexu lomu, vlákna gradientní. Jednovidová vlákna. Mnohovidová vlákna. Optické kabely, spojky a konektory. Základy měření optických vláken, technologie. Nelineární jevy v optických vláknech. Speciální optická vlákna, vlákna pro sensorovou techniku.
	Pokročilý elektromagnetismus Garant: doc. Ing. Lukáš Jelínek, Ph.D. Předmět studenta seznámí s pokročilejšími partiemi klasické teorie elektromagnetického pole. Sem patří zejména: Elektrický a magnetický vektorový potenciál; Princip reciprocity, duality a ekvivalence; Greenova funkce; Multipólový rozvoj; Úloha o rozptylu a charakteristické módy; Homogenizace a Blochův teorém; Syntéza a topologická optimalizace. Znalosti z předmětu jsou základem pro vědeckou práci v řadě oblastí aplikovaného elektromagnetismu, jako je návrh antén a mikrovlnná technika.
	Technika vysoce citlivých přijímačů a rušivé vyzařování Garant: prof. Ing. Miloš Mazánek, CSc. Základy radiometrie, přehled realizací vysoce citlivých přijímačů v pásmech mikrovln, mm vln a submm vln. Šumové vlastnosti zemské atmosféry a zemského povrchu, radiokomunikace v pásmech mikrovln a mm vln, polovodiče pro mikrovlnná a mm pásma, Schottkyho a SIS detektory a směšovače, příjem v infračervené oblasti. Technologie vysoce citlivých přijímačů, měření šumových parametrů. Multispektrální radiometrie a dálkový průzkum, teoretické základy a měření rušivého vyzařování v problematice EMC.
	Teoretická optoelektronika v medicíně Garant: prof. Ing. Jan Vrba, CSc., prof. V. Blažek The course gives to doctoral students from different disciplines the opportunity of both highly theoretical studies and numerical simulations of interactions of electromagnetic waves in the visible part of the spectrum (and adjacent UV and IR bands) with biological tissues. And to learn about modern optoelectronic sensor concepts and their applications in the field of medical therapy and diagnostics. Interdisciplinary topics will be discussed and focused on the benefits and current applications of optoelectronics in medicine. Important definitions (such as radiation intensity, etc.) will be formulated and important methods will be described, in particular: radiometry, photometry, eye as a radiation detection field. UV, VIS, NIR spectroscopy, interferometry, scattering measurements, integration of spherical theory, etc. Emphasis will be placed on modern theoretical approaches (i.e. mathematical and physical models), e.g. calculation of the light intensity distribution in biological tissue, theory of radiation transmission (e.g. theory and model Kubelka-Munk), etc. Students will be acquainted with the possibilities of numerical simulations of the given problems by aid of modern SW products (like e.g. COMSOL Multiphysics, SEMCAD / Sim4Life, CST, etc.) which are working based on numerical methods FDTD, FEM, MoM, Monte-Carlo etc. Operating principle of the optoelectronic reflective and transmissive sensors. Measurement concepts for noninvasive detection of peripheral blood volume dynamics, clinical examples and typical examination tests. Principles and applications of functional optical imaging techniques: optical biopsy, IR Diaphanoscopy, IR thermography, Laser Doppler perfusion imaging (LDPI), Photoplethysmo-graphy imaging (PPGI), optical coherence tomography (OCT).
	Testování apl. pro mikrovlnnou termoterapii Garant: prof. Ing. Jan Vrba, CSc. Předmět je zaměřen na problematiku testování mikrovlnných aplikátorů pro termoterapii. Z toho vyplývá náplň: základním metodám měření distribuce SAR ve vodním resp. agarovém fantomu, návrh a optimalizace sond pro měření intenzity elektrického pole a jejich kalibrace, zpracování naměřených dat. Numerické modelování pomoci softwarového produktu FEMLAB, porovnání výsledku matematického a experimentálního modelování, vlastnosti aplikátoru.
	Vybrané partie z anténní techniky a šíření vln Garant: prof. Ing. Miloš Mazánek, CSc. Přehled antén a novinek v anténní technice. Speciální problematika antén a šíření vln pro pevnou i pohyblivou službu, pozemskou a družicovou. Metody kmitočtového plánování pro pevnou a pohyblivou službu a v družicových spojích. Specifika radiových kanálů mobilních služeb z hlediska antén a šíření vln. Moderní metody měření antén v blízké a vzdálené zóně a v kompaktním uspořádání. Měření pokrytí radiovým signálem pro vybrané služby. Návrh bezodrazových komor pro anténní měření.
	Scientific Writing Garant: doc. Ing. Milan Polívka, Ph.D., prof. J. Frolik This course is intended to help researchers organize and effectively communicate, in English, their scientific results. While the instructor is an Electrical Engineer, the approaches are applicable to all technical disciplines.