Detail oboru

Biomedicínské technologie a bioinformatika

FEKTZkratka: PP-BTBAk. rok: 2019/2020

Program: Biomedicínské technologie a bioinformatika

Délka studia: 4 roky

Akreditace od: 20.12.2012Akreditace do: 31.12.2020

Profil

Cílem studia je především prohloubit teoretické znalosti z oblastí zaměřených na bioinformatiku, biomedicínské inženýrství, matematickou a systémovou biologii, genomiku a proteomiku a příbuzných oborů. Dále je pak kladen důraz na získání zkušenosti z oblastí základního i aplikovaného výzkumu v těchto oborech. Studium je koncipováno jako výhradně mezioborové, z čehož vyplývá i další cíl a to, posílení schopnosti komunikace a vědecké spolupráce mezi absolventem oboru a vědeckými odborníky z oblasti biologických a lékařských věd. Studium umožní získat zkušenosti v experimentální práci včetně zpracování a analýzy výsledků za využití metod z oblasti vyšší aplikované matematiky a statistiky.

Klíčové výsledky učení

Absolvent doktorského studia tohoto oboru bude zralou a výraznou vědeckou osobností s velkým odborným a vědeckým rozhledem v oblastech bioinformatiky, biomedicínských technologií, matematické a systémové biologie a genomiky a proteomiky. Absolventi také získají znalosti a zkušenosti zasahující do ryze technických oblastí, jako jsou především pokročilé metody zpracování vícerozměrných dat či oblast informatiky. Na druhé straně se v rámci studia také seznámí s oblastmi experimentální fyziologie, molekulární biologie a genetiky. Také je kladen důraz na získání zkušeností v základním a experimentálním výzkumu a na schopnost extrakce fundamentálních poznatků z daných oblastí.

Profesní profil absolventů s příklady

Absolvent doktorského studia tohoto oboru by měl být zralou vědeckou osobností s velkým rozhledem v oblastech bioinformatiky, matematické a systémové biologie, genomiky a proteomiky, ale také v oblasti technických věd. Je připraven řešit náročné výzkumné a vývojové problémy. V praxi je absolvent tohoto doktorského studia schopen samostatné tvůrčí činnosti a samostatně vést výzkum a vývoj ve zmíněných oblastech vědy. Dále je schopen vést výzkumné týmy a zajišťovat mezioborovou komunikaci a spolupráci. Najde uplatnění na výzkumných institucích a ve firmách, kde je ve velké míře požadován inovativní přístup k řešení problémů – od návrhu řešení po realizaci.

Vstupní požadavky

Podmínkou přijetí je dosažení VŠ titulu na magisterské úrovni.

Garant

Vypsaná témata doktorského studijního programu

2. kolo (podání přihlášek od 01.07.2019 do 31.07.2019)

  1. Analýza pohybu v oblasti rehabilitace

    Analýza chůze má v rehabilitaci své nezastupitelné místo. V klinické praxi se uplatňuje subjektivní hodnocení chůze s cílem diagnostikovat závažnost onemocnění nebo poranění. Tato práce bude zaměřena na výběr vhodných parametrů a analýzu dat z kamerového systému pro záznam pohybu, která bude provedena za účelem hodnocení účinnosti vybraného rehabilitačního postupu. Získané poznatky budou aplikovány na hodnocení rehabilitačních postupů osob s pohybovým handicapem. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Kolářová Jana, doc. Ing., Ph.D.

  2. Genetická variabilita kardiomyopatie a ischemické choroby srdeční

    Pacienti s kardiovaskulárními onemocněními, jako je kardiomyopatie a ischemická choroba srdeční, mají tendenci se objevovat v rámci rodin na podkladě existence monogenních nebo polygenních genetických architektur. Hlavním cílem projektu je hledání genetických variací u těchto onemocněních s cílem nalézt přičinné geny a podezřelé lokusy. Bude analyzována a modelována distribuce frekvencí alel vybraného souboru lokusů ve vzorku populace. Studie bude rozšířena o identifikaci lokusů, které implikují dráhy v morfogenezi cév a zánětů souvisejících s onemocněními. Bioinformatická analýza bude prováděna na datech z projektu 1000 Genomes a z projektu CARDIoGRAMplusC4D Consortium. Student získá příležitost k rozvoji a aplikaci metodologií výzkumu v oblasti statistické genetiky a bioinformatiky, rozvíjení dovedností v programování v balíčcích pro vyšší analýzu a k rozvíjení dovedností v oblasti použití vysoce výkonných počítačů. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Provazník Ivo, prof. Ing., Ph.D.

  3. Metody hlubokého učení pro zpracování obrazových sekvencí

    Toto téma se zabývá využitím hlubokých umělých neuronových sítí v oblastech zpracování a analýzy videosekvencí. Primární zaměření bude detekce, segmentace a sledování osob ve videosekvencích se zaměřením na segmentaci obličeje. Aplikačně se bude jednat o oblast biometrie (např. rozpoznávání osob, pohlaví a věku osoby) a biomedicíny (např. detekce tepové frekvence či dýchání, detekce výrazu tváře). Během řešení se předpokládá hlubší studium pokročilých metod strojového učení především v oblasti konvolučních neuronových sítí, možnosti využití již naučených sítí na jiné aplikace, využití metod tzv. progresivního učení pro řešení nových a komplexních problémů, či studium a modifikace rekurentních neuronových sítí pro segmentaci a sledování objektů v obrazových datech. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Kolář Radim, doc. Ing., Ph.D.

  4. Nové metody racionálního návrhu léčiv pro nalezení nových inhibitorů HDAC jako protinádorové látky

    Karcinogenezi nelze vysvětlit pouze genetickými změnami, ale zahrnuje také epigenetické procesy (metylace DNA, modifikace histonů a deregulace nekódující RNA). Modifikace histonů acetylací hraje klíčovou roli v epigenetické regulaci genové exprese a je řízena rovnováhou mezi histonovými deacetylázami (HDAC) a histonovými acetyltransferázami (HAT). Inhibitory HDAC indukují zastavení rakovinového buněčného cyklu, diferenciaci a buněčnou smrt, snižují angiogenezi a modulují imunitní reakci. Inhibitory HDAC se zdají být slibnými protinádorovými léky, zejména v kombinaci s jinými protirakovinnými léky a / nebo radioterapií. Cílem této studie je stanovení vztahů mezi strukturou a aktivitou pomocí virtuálního screeningu, dokování, modelování farmakoforů založených na energii, 3D QSAR modelování a jejich validace. Výsledek těchto studií by mohl být dále použit pro návrh nových inhibitorů HDAC pro protinádorovou aktivitu. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Provazník Ivo, prof. Ing., Ph.D.

  5. Nové zobrazovací postupy v diagnostice sítnice

    Toto téma je zaměřeno analýzu videosekvencí sítnice. Bude pokrývat několik oblastí – od samotné akvizice dat, včetně hardwarové úpravy experimentálního video-oftalmoskopu až po zpracování a analýzu nasnímaných videosekvencí. Zaměření bude především na multispektrální oftalmoskopii, což je slibný směr umožňující získání diagnosticky cenných informací, navíc ve spojení s video-oftalmoskopií. Během řešení se předpokládá úprava stávajícího video-oftalmoskopu na multispektrální systém, případně pak další rozšíření (např. adaptivní optika). Zpracování naměřených sekvencí pak bude zaměřeno na segmentaci cévního řečiště, hodnocení pulsací cév a perfuze tkání sítnice či pulsní oxymetrii s využitím multispektrálních sekvencí. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Kolář Radim, doc. Ing., Ph.D.

  6. Pokročilé metody odhadu kvality signálu EKG

    Téma dizertační práce je zaměřeno na kontinuální sledování kvality v dlouhodobých záznamech EKG. Cílem první části je vyhodnotit kvalitativní možnosti snímání signálu EKG z různých míst za pomocí mobilních záznamníků a možnosti využití souběžného snímání aktivity gyroskopem. Cílem druhé části je návrh pokročilých algoritmů pro spojitý odhad kvality záznamů EKG v reálném čase a následnou identifikaci úseků stejné kvality. Od uchazeče se očekává znalost programování v prostředí Matlab a přehled v oblasti zpracování a analýzy 1D signálů. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Smital Lukáš, Ing., Ph.D.

  7. Pokročilé metody pro klasifikaci poruch srdečního rytmu

    Téma zahrnuje návrh a vývoj nových sofistikovaných metod pro parametrizaci a klasifikaci EKG záznamů za účelem včasné diagnostiky srdečních arytmií. Jedná se především o automatickou detekci arytmií, které jsou obtížně rozpoznatelné v EKG signálu, a které jsou často zaměňovány za jiné typy arytmií. Do této kategorie spadají např. fibrilace síní a flutter síní, které se mohou vyskytovat v paroxysmální (záchvatovité) formě, což téměř znemožňuje jejich spolehlivou detekci stávajícími metodami. Jako vhodné nástroje pro řešení daného tématu se nabízí metody vícerozměrné analýzy dat, analýza signálů v časově-frekvenční oblasti a nelineární metody, u nichž se očekává vysoká účinnost při detailní kvantifikaci širokého spektra specifických poruch elektrické aktivity srdce. Automatické rozpoznávání různých typů srdeční arytmií předpokládá využití pokročilých metod strojového učení, včetně nejmodernějších přístupů hlubokého učení, jež vykazují výborné výsledky v oblasti klasifikace obrazových dat. Při vývoji a testování algoritmů budou používaná veřejně dostupná data a dále vlastní data získaná v rámci řešení výzkumných projektů. Práce bude navazovat na výzkum probíhající na UBMI. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Ronzhina Marina, Ing., Ph.D.

  8. Pokročilé metody pro studium řízené buněčné motility a migrace v regenerativní medicíně

    Motilita a migrace buněk je základní vlastností řady typů buněk uplatňujících se při zacelování ran, regeneraci hypoxicko/nekrotických oblastí, přiblížení a vznik kontaktu mezi dendritickou a nádorovou buňkou nebo mezi imunologicky aktivních buněk a nádorovou buňkou. Dosavadní metody testující motilitu buněk jsou omezeny na zjednodušené postupy sledování pohybu pod mikroskopem v tzv. transwell migration assay (migrace přes definovanou porézní překážku) nebo dlouhočasovém sledování motility buněk na planárním kultivačním plastiku. Disertační práce se bude zabývat výzkumem a vývojem nových metod pro studium buněčné motility a migrace s využitím pokročilých mikroskopických zařízení. Cílem práce je vytvořit metodiku pro hodnocení migrace buněk s využitím v regenerativní medicíně, za účelem hodnocení efektivity a rychlosti regenerace. Součástí práce bude vytvoření metodiky pro řízenou simulaci chemotaktické migrace v kontrolovaném prostředí. V prostředí budou zajištěny úrovně nebo gradienty koncentrací kyslíku, oxidu uhličitého a základních biochemických faktorů (glukóza, laktát, pH a další). Prostředí může být již vybaveno patologickou tkání nebo přednastaveným tkáňovým konstruktem. K analýze pohybu a vlastností migrujících buněk bude využito pokročilých metod fázové a fluorescenční mikroskopie. Mikroskopické metody budou budou poskytovat multiparametrická a/nebo multimodální data, měření budou prováděná dlouhočasově a současně ve vysokém detailu. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Provazník Ivo, prof. Ing., Ph.D.

  9. Segmentace medicínských obrazů s využitím hlubokého učení

    Téma disertační práce je zaměřeno na využití metod strojového učení pro segmentaci a klasifikaci struktur v medicínských obrazech. Cílem disertační práce je nejprve vylepšení stávajících metod segmentace klasických 2D medicínských obrazů. Následně budou metody rozšířeny i pro segmentaci objemových dat, zejména pak dat z mikroCT systému. Součástí práce bude i využití hlubokého učení pro klasifikaci těchto dat. Pro řešení budou využité metody strojového učení, zejména pak neuronové sítě, které představují nové a perspektivní algoritmy pro zpracování obrazových dat. Cílem práce je rozšířit možnosti automatického zpracování a klasifikace velkých objemů dat jako jsou právě 3D obrazy z CT systémů. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Harabiš Vratislav, Ing., Ph.D.

  10. 4D biotisk založený na zrání tkáňových konstruktů

    Práce je zaměřena na výzkum nových přístupů ve 3D biotisku, kdy se aplikuje vnější stimul nebo využívá řízené zrání. Cílem je vytvořit tkáňový konstrukt ve formě buňkami potaženého scaffoldu využitelného jako vaskulární náhrada nebo jako prostředek regenerace poškozené srdeční tkáně. Jako vnější stimul bude využito magnetické pole, teplotní gradient a změna pH. Navržený postup nahradí nutnost aplikace post-tiskových procedur. Základní varianta bude založena na využití suspenze lidských endotelových buněk HUVEC a lidských mesenchymálních kmenových buněk. Projekt vyžaduje zvládnutí buněčných experimentů, extruzního 3D biotisku a zobrazování fluorescenčním konfokálním mikroskopem. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Provazník Ivo, prof. Ing., Ph.D.

1. kolo (podání přihlášek od 01.04.2019 do 15.05.2019)

  1. Analýza pohybových stereotypů při sportovním výkonu

    Pohybová analýza má ve sportu své nezastupitelné místo. Podrobná analýza pohybových stereotypů vede ke zkvalitňování tréninkových plánů a zlepšování sportovních výsledků trénujících jedinců. Analýzu lze také využít pro diagnostické účely - sledování chybných pohybových vzorců po úrazech za účelem upřesnění postupů rehabilitačních procedur. Tato práce bude zaměřena na monitorování konkrétních pohybových stereotypů, výběru vhodných parametrů a následnou analýzu dat, která bude provedena za účelem popisu pohybových stereotypů při sportovním výkonu. Studie budou prováděny ve spolupráci s Centrem sportovních aktivit VUT. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Kolářová Jana, doc. Ing., Ph.D.

  2. Pokročilé algoritmy pro monitoring lidské aktivity mobilními senzory

    Téma dizertační práce je zaměřeno na sledování a hodnocení aktivity jedinců s využitím senzorů běžně dostupných v mobilních zařízeních (akcelerometr, GPS, mikrofon, senzor srdečního tepu) a lze jej rozdělit na dvě části. Cílem první části je analyzovat možnosti současných mobilních zařízení dostupných na spotřebitelském trhu, seznámit se s typy snímaných dat a posoaudit jejich potenciál. Cílem druhé části je návrh pokročilých algoritmů pro zpracování nasnímaných dat za účelem identifikace jednotlivých druhů vykonávaných aktivit (sezení, stání, chůze, běh, pád). Od uchazeče se očekává znalost programování v prostředí Matlab a přehled v oblasti zpracování a analýzy jednorozměrných digitálních signálů. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky.

    Školitel: Vítek Martin, Ing., Ph.D.

  3. Pokročilé metody genomové anotace a funkčního popisu nemodelových organismů v biotechnologickém výzkumu

    Disertační práce se bude zabývat vývojem nových metod pro genomovou anotaci a funkční popis organismů s využitím dat z genomové a transkriptomové sekvenace. Cílem práce je vytvořit metodiku pro zpřesnění identifikace otevřených čtecích rámců (ORF) v genomové sekvenci s využitím dat z RNA-Seq a jejich následné funkční anotace pomocí genové ontologie (GO). Na základě tohoto zpřesnění anotace a v kombinaci s dalšími metodami popisujícími fenotypový projev organismu (kapalinová chromatografile, průtoková cytometrie, mikroskopie, aj.) za různých podmínek bude možné metodiku doplnit o odvození vzájemných regulačních vztahů mezi jednotlivými genovými elementy i u nemodelových organismů. Jejich anotace je totiž v současné době nedostatečná pro kvalitní výzkum biotechnologického zaměření. Navržené metody proto budou aplikovány především na popis solventogenních bakterií rodu Clostridium, což jsou významní producenti biopaliv, jejichž širšímu nasazení v průmyslu brání právě nedostatečný popis způsobený nedostatkem nástrojů pro analýzu nemodelových organismů. Od uchazeče se očekává všeobecná znalost bioinformatiky, především v oblasti zpracování sekvenačních dat a znalosti systémové biologie, včetně základů z teorie grafů. V rámci studia absolvují doktorandi půlroční stáže na atraktivních partnerských univerzitách v zahraničí. UBMI zajišťuje doktorandům stipendium a/nebo částečný úvazek nad rámec státního stipendia při zapojení do grantového projektu nebo zapojení do výuky. Téma bude řešeno ve spolupráci s ústavem biotechnologie, VŠCHT Praha.

    Školitel: Provazník Ivo, prof. Ing., Ph.D.


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

1. ročník, zimní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DBT5Moderní metody ve výzkumu elektrofyziologiecs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DBT4Moderní přístupy v analýze biomedicínských obrazůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DBT3Pokročilé mikroskopické techniky v biologiics4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DJA6Angličtina pro doktorandycs4zimníVolitelný všeobecnýdrzkano
DRIZŘešení inovačních zadánícs2zimníVolitelný všeobecnýdrzkano
1. ročník, letní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DBT2Nové trendy v analýze a klasifikaci biomedicínských datcs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DBT1Pokročilá analýza rozsáhlých genomických datcs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DJA6Angličtina pro doktorandycs4letníVolitelný všeobecnýdrzkano
DRIZŘešení inovačních zadánícs2letníVolitelný všeobecnýdrzkano
1. ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DQJAZkouška z angličtiny před státní doktorskou zkouškucs4celoročníPovinnýdrzkano