Tomographische Rekonstruktionsverfahren

Etablierte Standardverfahren in der diagnostischen Ultraschallbildgebung, wie z. B. B-Mode, Strahlformung mittels delay-and-sum (DAS) und synthetische Aperturverfahren (SA), basieren auf stark vereinfachten physikalischen Modellen für die Ausbreitung von Schallwellen in biologischen Materialien. Diese Vereinfachungen können zu unerwünschten Bildartefakten führen, die eine korrekte Interpretation der Ultraschallbilder erheblich erschweren. Es ist überdies nicht eindeutig, welche mechanischen Parameter des untersuchten inhomogenen biologischen Materials abgebildet werden.

Der Lehrstuhl für Medizintechnik entwickelt deshalb Bildgebungsverfahren, die die Ausbreitung, Reflexion und Streuung von Schallwellen in biologischen Materialien möglichst exakt berücksichtigen. Derartige Verfahren basieren auf (linearisierten) Wellengleichungen für Weichgewebe (inhomogene Fluide) oder Knochenstrukturen (inhomogene Festkörper).

Phantom_Recon

Tomographische Rekonstruktion von simulierten Ultraschalldaten in einem Ringaufbau. Links: Simuliertes Ultraschallphantom, Rechts: Ergebnis der Rekonstruktion.

Der Begriff Bildgebung bedeutet im Zusammenhang mit den entwickelten Modellen die graphische Darstellung der darin berücksichtigten inhomogenen Materialparameter. Letztere sind aus Messungen der reflektierten und gestreuten Schallwellen zu bestimmen. Die Lösung dieser sog. inversen Probleme ist im Allgemeinen nicht trivial und erfordert die Anwendung fortgeschrittener mathematischer Methoden sowie komplexer Algorithmen.