Schnelle Ultraschallbildgebung und beugungstomographische 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).

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.

Die schnelle Ultraschallbildgebung beschäftigt sich mit der Rekonstruktion der inhomogenen Materialparameter aus möglichst wenigen Messungen. Dabei wird toleriert, dass die resultierende Rekonstruktion ggf. nicht perfekt ist, solange sie dem diagnostischen Zweck dient.

Die verbleibenden Rekonstruktionsverfahren zielen auf eine möglichst exakte Rekonstruktion der inhomogenen Materialparameter. Dabei wird ein höherer, jedoch praktisch vertretbarer, Messaufwand toleriert.

Publikationen

  • M.F. Schiffner, T. Jansen, and G. Schmitz, Compressed Sensing for Fast Image Acquisition in Pulse-Echo Ultrasound, Biomed. Tech. 2012, vol. 57 (suppl. 1), pp. 192 - 195, DOI: 10.?1515/?bmt-2012-4142 (Abstract, Paper)
  • M.F. Schiffner and G. Schmitz, Fast Pulse-Echo Ultrasound Imaging Employing Compressive Sensing, Proc IEEE In­ter­na­tio­nal Ul­tra­so­nics Sym­po­si­um (IUS), Orlando, FL, USA, October 2011, pp. 688 - 691 (Abstract, Paper & Poster)
  • M.F. Schiffner and G. Schmitz, Plane Wave Pul­se-Echo Ul­tra­sound Dif­frac­tion To­mo­gra­phy With A Fixed Li­ne­ar Trans­du­cer Array, 31st In­ter­na­tio­nal Sym­po­si­um on Acousti­cal Ima­ging (AI31), Warsaw, Poland, April 2011, pp. 19 - 30 (Abstract)