• Metóda zobrazovania Achillovej šľachy na báze magnetickej rezonancie pre klinické aplikácie
• Optické metódy merania pre nanoelektroniku
• Zobrazovacie metódy vyšetrovania muskuloskeletálneho aparátu pomocou magnetickej rezonancie
• Porovnanie koherencie a fázovej synchronizácie na spánkovom elektroencefalograme
• Modelová interpretácia nedipolarity v integrálnych povrchových potenciálových mapách náhodne sa vyskytujúcej u pacientov s arytmiou

Výsledok 1: Metóda zobrazovania Achillovej šľachy na báze magnetickej rezonancie pre klinické aplikácie

Projekty: Projekt VEGA   2/0090/11  a  ŠPVV no. 2003SP200280203.  (Ústav merania SAV).

Riešitelia: V. Juráš,  L. Valkovič,  P. Szomolányi, I. Frollo

Výskum bol orientovaný na nové metódy zobrazovania ľudských končatín pomocou magnetickej rezonancie. Bola vyvinutá nová zobrazovacia metóda na vizualizáciu poškodení členkového kĺbu a Achillovej šľachy. Na základe známych biochemických analýz dokazujúcich zvýšenie obsahu proteoglykánov v šľache pri degeneratívnych poškodeniach bola vyvinutá metóda sodíkového MR zobrazovania Achillovej šľachy, ktorá dokáže odhaliť poškodenia už v skorom štádiu. Metóda bola klinicky overená na 20 dobrovoľníkoch a 8 pacientoch s diagnostikovanou Achillotendinopatiou. Metóda poskytuje prepojenie medzi biochemickými poznatkami a neinvazívnym vyšetrením. Podrobný výskum bol vykonaný pri meraní relaxačných konštánt Achillovej šľachy. Ich merania sú v MRI pomerne zložité, pretože konštanty sú veľmi krátke a navyše viackomponentné. Pomocou novej sekvencie (3D-UTE, trojrozmerná sekvencia s ultrakrátkym echo časom) bola overená klinická aplikovateľnosť meraní relaxačných konštánt na 10 dobrovoľníkoch a 5 pacientoch. Merania umožňujú diagnostikovať degeneratívne poškodenia kolagénových vlákien v Achillovej šľache už v počiatočných štádiách a skoré nasadenie liečby. Nová metóda nájde svoje uplatnenie v bežnej ortopedickej i rádiologickej praxi.

Zahraničný partner: Univ.-Prof. Dr. Siegfried Trattnig, MR Center, Highfield MR, Department of Radiology, Medical University of Vienna, Austria. Zmluvy o vedeckej spolupráci zo dňa  28.8.2006  a  24.8.2009.

Obr. 1. A: Morfologický obrázok členka 46 ročného pacienta s bolesťou Achillovej šľachy. Okrem mierneho opuchu nie je možné identifikovať poškodenie. B: zvýšené relaxačné časy v Achillovej šľache poukazujú na zmeny kolagénovej štruktúry.  C: pomocou sodíkového zobrazovania bolo možné neinvazívne stanoviť zvýšenie množstva proteoglykánov, čo je príznačné pre tendinopatiu

Publikácie:

• JURÁŠ, Vladimír - ZBÝŇ, Š. - PRESSL, Ch. - VALKOVIČ, Ladislav - SZOMOLÁNYI, Pavol - FROLLO, Ivan - TRATTNIG, S.  Regional variations of T2* in healthy and pathologic achilles tendon in vivo at 7 Tesla: Preliminary results.  In Magnetic Resonance in Medicine, 2012, vol. 68, p. 1607-1613. ISSN 0740-3194. (2.964-IF2011)

• JURÁŠ, Vladimír - ZBÝŇ, Š. - PRESSL, CH. - DOMAYER, S. - HOFSTAETTER, J. - MAYERHOEFER, M. - WINDHAGER, R. - TRATTNIG, S. Sodium MR imaging of achilles tendinopathy at 7 T: Preliminary results. In Radiology, 2012, vol. 262, no. 1, p. 199-205. ISSN 0033-8419. (5.726-IF2011)

• JURAS, V., WELSCH, G., BAER, P., KRONNERWETTER, C., FUJITA, H., TRATTNIG, S.: Comparison of 3 T and 7 T MRI clinical sequences for ankle imaging. European Journal of Radiology, vol 81, 2012, pp. 1846-1850. (2.606-IF2011)

• JURÁŠ, Vladimír - APPRICH, S. - PRESSL, C. - ZBYN, S. - SZOMOLANYI, P. - DOMAYER, S. - FROLLO, Ivan - TRATTNIG, S. Multiparametric MRI assessment of cadaver achilles tendon at 7T. In Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM 2012) : 20th Annual Meeting & Exhibition. Editors J.G. Pipe, G.E. Gold et al. - Berkeley, CA, USA : ISMRM, 2012. ISSN 1545-4428, p. 3317. CD-ROM.
  

• JURÁŠ, Vladimír - PRESSL, C. - NOEBAUER-HUHMANN, I.M. - ZBYN, S. - SZOMOLANYI, P. - DOMAYER, S. - FROLLO, Ivan - TRATTNIG, S. Sodium MR imaging as a marker for achilles tendinopathy. In Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM 2012) : 20th Annual Meeting & Exhibition. Editors J.G. Pipe, G.E. Gold et al. - Berkeley, CA, USA : ISMRM, 2012. ISSN 1545-4428, p. 1461. CD-ROM.

Výsledok 2: Optické metódy merania pre nanoelektroniku

Projekty: -

Riešitelia: M. Hain

Dlhoročná vedecká spolupráca s japonským ústavom "Nanoelectronics Research Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Japan bola v roku 2012 zameraná na rozvoj optických meracích metód použiteľných vo výskume a elektronickom priemysle v oblasti nanoelektroniky.

Spolupráca je zastrešená na základe písomnej dohody Memorandum of Understanding riaditeľov partnerských ústavov, ktorá bola v roku 2012 po dohode obidvoch strán predĺžená na ďalšie päťročné obdobie.

Spoločne bola rozpracovaná nová metóda merania rozptylu optického žiarenia dopadajúceho na povrch testovaného materiálu, pričom meranie sa uskutočňuje pomocou navrhnutej špecializovanej optiky, digitálnej CCD kamery a počítača s vyvinutým meracím softvérom. Metóda bola experimentálne verifikovaná a bolo vyvinuté experimentálne zariadenie Scatterometer na rýchle meranie distribučnej funkcie odrazeného svetla.

Výsledky boli publikované a zariadenie bolo v roku 2012 ochránené patentom s celosvetovou pôsobnosťou.

Zahraničný partner: Nanoelectronics Research Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Japan.

Obr.1. Scatterometer na rýchle a presné meranie distribučnej funkcie odrazeného svetla (vľavo)  a užívateľské rozhranie vyvinutého meracieho softvéru (vpravo).

Publikácie:

Výsledok 3: Zobrazovacie metódy vyšetrovania muskuloskeletálneho aparátu pomocou magnetickej rezonancie

Projekty: VEGA   2/0090/11  a  ŠPVV no. 2003SP200280203.  (Ústav merania SAV).

Riešitelia: L. Valkovič,  V. Juráš,  P. Szomolányi, I. Frollo,  D. Gogola

Nové metódy vyšetrovania svalstva a kĺbov na báze magnetickej rezonancie (NMR) boli navrhnuté, experimentálne testované a overené v klinickej praxi. Zobrazovacie metódy boli zamerané na tieto časti ľudského tela: svalstvo dolnej končatiny, kolenný kĺb, zápästie a medzistavcové platničky.

V spolupráci so zahraničným pracoviskom bol vyvinutý rad nových zobrazovacích a spektroskopických metód na použitie v klinickej praxi. Testovania nových metód boli vykonané na systémoch s magnetickými poliami 0.18 Tesla, 3.0 Tesla a 7.0 Tesla.

Bol vykonaný podrobný výskum pri meraní svalového metabolizmu v pokoji i pri fyzickej záťaži. Za týmto účelom bola vyvinutá nová rýchla spektroskopická sekvencia využívajúca transfer signálu medzi metabolitmi energetickej výmeny, čím umožňuje merať syntézu ATP v pokoji a obnovu fosfokreatínu po záťaži vo svaloch. Taktiež boli vyvinuté nové metódy zobrazovania obsahu sodíka v medzistavcových platničkách, v kolennom kĺbe a zápästí, ktoré namiesto štandardne zobrazovaného obsahu vodíka využívajú na vytvorenie obrazu sodík. Sodíkový MR signál priamo súvisí s množstvom proteoglykánov v chrupavke kĺbov.

Metodiky boli úspešne testované u zdravých dobrovoľníkov i u pacientov, a boli schopné namerať signifikantné rozdiely medzi zdravými a poškodenými tkanivami, čím dokázali svoje uplatnenie na ortopedických klinikách a v diabetologických laboratóriách. Mimoriadne účinné sú najmä pri sledovaní procesov hojenia u pacientov po operáciách.

Zahraničný partner: Univ.-Prof. Dr. Siegfried Trattnig, MR Center, Highfield MR, Department of Radiology, Medical University of Vienna, Austria. Zmluvy o vedeckej spolupráci zo dňa  28.8.2006  a  24.8.2009.

Obr.1. Vľavo: Graf vysokej reprodukovateľnosti novej metódy merania svalového metabolizmu v pokoji (svetlá = stará metóda, tmavá = nová metóda). V strede: Obraz obsahu sodíka v medzistavcovej platničke, dôkaz zníženého množstva glykozoaminoglykánov. Vpravo: Obraz chrbtice toho istého pacienta, šípka označuje možnú patológiu.

Publikácie:

Výsledok 4: Porovnanie koherencie a fázovej synchronizácie na spánkovom elektroencefalograme

Projekty: Bilaterálny projekt SAV - AV ČR, 2012-2014: Moderné metódy spracovania elektrofyziologických signálov.

Riešitelia: K. Mezeiová, V. Witkovský, A. Krakovská, M. Chvosteková

Miery synchronizácie aplikované na elektroencefalografické signály (EEG) odrážajú úroveň koordinácie rôznych častí mozgovej kôry. Na odhad synchronizácie signálov sa tradične používa koherencia. Novšie zavedená analýza fázovej synchronizácie nám umožňuje oddeliť vplyv amplitúd a fáz signálov. V prvej časti práce sme sa zaoberali porovnaním týchto dvoch metód na odhad synchronizácie signálov. V druhej časti práce sme skúmali, k akým typom synchronizácie dochádza počas spánku - v závislosti od sily väzby medzi signálmi môže nastať nekorelovaný stav, stav fázovej synchronizácie, alebo úplnej synchronizácie. Na zodpovedanie týchto otázok sme spočítali koherenciu (obr. 1), priemernú fázovú synchronizáciu a Pearsonov korelačný koeficient analytických amplitúd signálov v základných spektrálnych pásmach zaužívaných v analýze EEG. Tieto miery boli spočítané pre celonočné merania 6-kanálového EEG na 25 subjektoch. Vyhodnocovanie mier sa uskutočnilo vzhľadom na tri parametre - stav vedomia (bdenie, spánok s rýchlym pohybom očí (REM) a spánok bez rýchlych pohybov očí (nonREM)), spektrálne pásmo a rôzne priestorové pozície elektród na hlave.

Z výsledkov vyplýva, že koherencia a fázová synchronizácia preukazujú tie isté štatistické rozdiely medzi stavmi ľudského EEG počas spánku. Čo sa týka typu synchronizácie medzi EEG vo vysokofrekvenčnom gama pásme, závisel typ synchronizácie od stavu vedomia, v ostatných spektrálnych pásmach typ synchronizácie závisel predovšetkým od pozície elektród na hlave. Spojenie medzi EEG signálmi bolo v prevažnej miere charakterizované fázovou synchronizáciou, v prípade najsilnejšie prepojených častí hlavy to bola úplná synchronizácia. Úplná synchronizácia, ktorá sa prejavuje vysokou koreláciou amplitúd aj fáz signálov, sa vyskytovala medzi homologickými časťami hemisfér. Najslabšia synchronizácia bola v prípade spánkového EEG pozorovaná medzi fronto-okcipitálnymi pozíciami elektród. V gama pásme sa počas bdenia a nonREM spánku vyskytovala fázová synchronizácia, ktorá počas REM spánku prechádzala do úplnej synchronizácie.

Zahraničný partner: Ústav informatiky AV ČR.

Obr.1. Koherencia EEG medzi oblasťami hlavy počas bdelého stavu (čierne), nonREM spánku (sivé) a REM spánku (biele).

Publikácia:

• MEZEIOVÁ, Kristína - PALUŠ, M. Comparison of coherence and phase synchronization of the human sleep electroencephalogram. In Clinical Neurophysiology, 2012, vol. 123, no. 9, p. 1821-1830. ISSN 1388-2457. (3.406-IF2011)

Výsledok 5: Modelová interpretácia nedipolarity v integrálnych povrchových potenciálových mapách náhodne sa vyskytujúcej u pacientov s arytmiou

Projekty: Bilaterálny projekt SAV - AV ČR, 2012-2014: Moderné metódy spracovania elektrofyziologických signálov.

Riešitelia: G. Kozmann, Z. Tarjanyi, G. Tuboly, V Szathmáry, J. Švehlíková, M. Tyšler

Publikácie:

• KOZMANN, G. - TARJÁNYI, Z. - TUBOLY, G. - SZATHMÁRY, V. - ŠVEHLÍKOVÁ, Jana - TYŠLER, Milan. Model interpretation of non-dipolar integral body surface QRST maps randomly appearing in arrhythmia patients. In 8th IFAC Symposium on Biological and Medical Systems. Editors B. Balazs, A. Steen et al. - International Federation of Automatic Control, 2012, Vol. 8, Part 1. ISBN 978-3-902823-10-6. CD-ROM.

• TUBOLY, G. - KOZMANN, G. - TARJÁNYI, Z. - SZATHMÁRY, V. - ŠVEHLÍKOVÁ, Jana - TYŠLER, Milan. Differences in QRST integral map variability in healthy subjects and arrhythmia patients. In Variability in Biomedical Signals : Lecture Notes of the ICB Seminar. Editors R. Maniewski, A. Liebert, O. Meste, H. Rix. Warsaw, Poland: International Centre of Biocybernetics, Polish Academy of Sciences, 2012, p. 52 + S10-S11.