Browse
Recent Submissions
- ItemPokročilé nástroje pro analýzy kritických infrastruktur(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, ) Vrtal, Matěj; Toman, Petr; Goňo, Radomír; Lehtonen, MattiTato disertační práce se zaměřuje na pokročilé metody a nástroje pro simulaci a analýzu vzájemně závislých kritických infrastruktur se zvláštním důrazem na oblasti energetiky a datových komunikačních systémů. Motivací je rostoucí složitost a propojenost městských infrastruktur, které přinášejí nové výzvy v oblasti spolehlivosti, nedostupnosti, šíření kaskádních poruch a plánování údržby. Navržená platforma umožňuje kombinovanou simulaci více infrastrukturních vrstev prostřednictvím modulární a škálovatelné architektury s možností budoucí integrace dalších systémů, jako jsou vodohospodářství, doprava nebo plynárenské sítě. Klíčovým přínosem je implementace strukturovaného simulačního jádra založeného na správě stavové matice, které umožňuje detailní sledování a vizualizaci šíření poruch a vzájemných závislostí mezi systémy. Analýza spolehlivosti je podpořena stochastickými modelovacími technikami, včetně hodnocení časově závislé nedostupnosti s využitím Weibullových rozdělení a simulací strategií korektivní a preventivní údržby. Platforma zahrnuje grafické uživatelské rozhraní s vizualizací na mapovém podkladu, které podporuje intuitivní návrh scénářů a hodnocení odolnosti. Byl implementován také modul pro optimalizaci údržby, využívající metriky spolehlivosti k identifikaci nákladově efektivních plánů údržby. V práci je představen nový model testovací sítě propojené elektroenergetické a datové infrastruktury pro ověření funkcionality simulátoru. Platforma byla validována pomocí anonymizovaných reálných dat a její výkon a přesnost byly porovnány s existujícími open-source nástroji pro hodnocení spolehlivosti. Práce poskytuje rámec pro simulaci a analýzu vzájemně závislých infrastrukturních systémů a podporuje kvalifikované rozhodování v oblastech energetiky a datových systémů. Vytváří rovněž základ pro budoucí vývoj v oblastech prediktivní údržby, modelování vzájemných závislostí a hodnocení odolnosti v prostředí chytrých měst.
- Item4D biotisk založený na zrání inženýrských tkáňových konstruktů(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, ) Hashemi, Amir; Provazník, Valentýna; Heger, Zbyněk; Suchý, Tomáš4D bioprinting je pokročilá technika, která kombinuje časovou dimenzi s tradičním 3D bioprintingem. Jde o zásadní průlom v tkáňovém inženýrství, zvláště v oblasti kardiologických a ortopedických aplikací. Tato doktorská práce zkoumá řadu studií, které přispívají k rozvoji oboru. Zaměřuje se na vývoj a zdokonalování různých biomateriálových inkoustů, zahrnuje pokročilé techniky charakterizace a aplikuje tyto inovace v oblasti regenerativní medicíny. Jedna ze studií se věnuje vývoji a zlepšení nového typu biomateriálového inkoustu z chitosanu, agarozy a želatiny, který je speciálně navržen pro 3D bioprinting. Díky využití strojového učení byl proces optimalizace výrazně urychlen, což zajistilo, že inkoust měl požadované mechanické vlastnosti, tisknutelnost a biokompatibilitu. Významná studie zkoumá použití biotištěných scaffoldů obsahujících exozomy odvozené z kmenových buněk, které podporují regeneraci srdeční tkáně po infarktu myokardu (MI). Vliv scaffoldů na opravu srdeční tkáně byl posuzován pomocí pokročilého zobrazování a molekulárních technik, které prokázaly jejich schopnost podporovat angiogenezi, snižovat fibrózu a zlepšovat buněčnou komunikaci. Další výzkum se zaměřuje na oblast ortopedického tkáňového inženýrství, konkrétně na vývoj 3D biotištěných scaffoldů, které jsou vylepšeny začleněním nanočástic ZnO, MgO a CaO. Scaffoldy byly důkladně posouzeny s ohledem na jejich mechanické vlastnosti, tisknutelnost, afinitu k vodě, schopnost degradace a účinnost v prevenci bakteriálního růstu. Formulace byly upraveny pro zlepšení regenerace kostní tkáně a snížení rizika infekce. Výsledky tohoto výzkumu se očekávají jako významný přínos pro oblast 4D bioprintingu, poskytující pevný základ pro budoucí studie prováděné na živých organismech a pro klinické aplikace v regenerativní medicíně. Tato studie přináší hodnotný příspěvek k pokroku v oblasti dynamických tkáňových konstrukcí, které lze využít k vývoji nových terapeutických přístupů k léčbě vážného poškození tkání v kardiologických a ortopedických aplikacích.
- ItemBayesovský odhad pohybu v arteriálních a srdečních ultrazvukových sekvencích(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, ) Dorazil, Jan; Říha, Kamil; Róka, Rastislav; Fleury, Bernard H.Ultrazvukové vyšetření je běžně používaná neinvazivní technika pro hodnocení zdraví kardiovaskulárního systému. Analýza pohybu kardiovaskulárních struktur může poskytnout cenné informace pro diagnostiku kardiovaskulárních onemocnění. V této práci se zaměřujeme na vývoj nových bayesovských metod pro odhad pohybu v ultrazvukových sekvencích krkavice a srdce. V první části práce se zaměřujeme na ultrazvukové sekvence zobrazující příčný řez krkavicí. Zde navrhujeme novou metodu pro lokalizaci tepenné stěny krkavice a dvě nové metody pro odhad jejího pohybu. Tyto dvě metody jsou inicializovány právě výsledkem lokalizace. Navrhovaná metoda lokalizace, na rozdíl od těch stávajících, nespoléhá na výpočet gradientu v obraze, který je v ultrazvukových snímcích kontaminovaných šumem a ultrazvukovými artefakty nepřesný. Experiment provedený na 145 reálných ultrazvukových snímcích s ručně vymezenou stěnou krkavice ukazuje, že navrhovaná metoda překonává nejlepší stávající metodu v přesnosti lokalizace. První metoda pro odhad pohybu je založena na sledování sady referenčních bodů (RB), které jsou ve snímku umístěny v blízkosti tepenné stěny. Pro tento účel používáme upravenou verzi známého algoritmu pro sledování více objektů, tzv. joint integrated probabilistic data association algorithm. Ačkoli tato metoda překonává nejlepší stávající metodu na syntetických ultrazvukových sekvencích, má určitá omezení. Metoda nemusí vždy uspět při identifikaci dostatečného počtu RB v blízkosti tepenné stěny, a navíc předpokládá konstantní srdeční frekvenci. Tato omezení jsou řešena ve druhé navrhované metodě. Zde mohou být RB umístěny kdekoli podél tepenné stěny a srdeční frekvence může být časově proměnná. Polohy RB, parametry tepenné stěny a srdeční frekvence jsou zde trasovány pomocí varianty Kalmanova filtru, tzv. unscented Kalman filter. Rozsáhlé experimenty na několika syntetických ultrazvukových sekvencích ukazují, že tato metoda překonává nejlepší stávající i předchozí navrženou metodu v přesnosti odhadu. Experiment na skutečné ultrazvukové sekvenci navíc dokládá její praktickou použitelnost. Ve druhé části práce se zaměřujeme na ultrazvukové sekvence zachycující srdce. Zde navrhujeme nový bayesovský framework a metody pro odhad optického toku, které umožňují efektivní využití statistického modelu snímků v dané modalitě a vyčíslení nejistoty výsledného odhadu. Numerické experimenty na syntetických srdečních ultrazvukových sekvencích potvrzují, že využití znalosti o statistickém modelu ultrazvukových snímků má pozitivní vliv na přesnost odhadu. Zároveň pak ukazují, že navrhované metody překonávají nejlepší stávající metody v přesnosti odhadu.
- ItemPSEUDO-DIFERENČNÍ KMITOČTOVÉ FILTRY(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, ) Sládok, Ondřej; Koton, Jaroslav; Petržela, Jiří; Freeborn, ToddDisertační práce se zabývá pseudo-diferenčními kmitočtovými filtry. Hlavní částí práce je návrh pseudo-diferenčních struktur. Práce popisuje zejména přínos pseudo-diferenčních obvodů v oblasti analogové techniky pomocí zkombinování nediferenčních a plně diferenčních kmitočtových filtrů. Zároveň popisuje vytváření takových to struktur pomocí transformací z nediferenčních obvodů v napěťovém i proudovém režimu. V hlavní části je prezentováno sedm nově navržených pseudo-diferenčních filtrů pomocí proudových konvejorů. Vybrané filtrační struktury jsou optimalizovány z hlediska neideálních vlastností aktivních prvků. Práce propojuje velmi diskutovaná témata, již zmíněné pseudo-diferenční filtry, filtry vyššího ale i fraktálního řádu. Funkčnost nových řešení je ve všech případech ověřena simulacemi a ve většině případů ověřena experimentálním měřením.
- ItemMĚŘENÍ, ANALÝZA A VÝZNAM EKG SIGNÁLU S VELKÝM DYNAMICKÝM A FREKVENČNÍM ROZSAHEM(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, ) Leinveber, Pavel; Halámek, Josef; Švehlíková,, Jana; Penhaker, MarekElektrokardiografie je základní nástroj v kardiologii, standardně pracující v nízkofrekvenčním pásmu. Technický vývoj v poslední době umožnil akvizici amplitudových komponent až do 1 kHz, což vede k ultra-vysoko-frekvenčnímu EKG (UHF-ECG). UHF-ECG se zabývá amplitudovými parametry přes různé frekvence pro vylepšení diagnostického potenciálu standardního EKG. Zatímco analýza amplitudových parametrů odhaluje významné rozdíly mezi skupinou zdravých a jedinců s ischemickou chorobou srdeční, inter-individuální variabilita omezuje klinické využití. UHF-ECG amplitudové obálky v prekordiálních svodech nesou informaci o časové a prostorové elektrické aktivaci komorového myokardu pod elektrodami. Komorové depolarizační mapy poskytují snadnou grafickou interpretaci elektrických aktivačních schémat. Parametr dyssynchronie ukazuje vysokou prediktivní hodnotu pro výběr pacientů se srdečním selháním, kteří budou mít prospěch ze srdeční resynchronizační léčby. UHF-ECG depolarizační schéma koreluje s počátkem komorové mechanické kontrakce u pacientů s blokem levého raménka Tawarova. Pokud je UHF-ECG depolarizace s objemovým charakterem zkombinována s epikardiální aktivací získanou pomocí negativní derivace, je možné určit směr depolarizace propagační vlny v srdečních komorách za použití pouze 12 (14) svodového rozmístění EKG elektrod. UHF-ECG se ukazuje jak slibná, moderní metoda EKG analýzy s velkým klinickým potenciálem v jednoduché, ale přesné diagnostice srdečních poruch komorového vedení.