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Lehrstuhl für Medizintechnik

Ultraschall in der Medizin

Gehalten von
Prof. Dr.-Ing. Georg Schmitz
Vorlesungsnr.
141225
Sprache
Deutsch
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SWS
4
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Moodle

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Inhalt

Bild­ge­bung und The­ra­pie mit Ul­tra­schall haben in der Me­di­zin­tech­nik große Be­deu­tung. In die­ser Vor­le­sung wer­den die Grund­la­gen der Ul­tra­schall­phy­sik und dar­auf auf­bau­end tech­ni­sche Ele­men­te und Kon­zep­te von Sys­te­men für die me­di­zi­ni­sche Dia­gnos­tik und The­ra­pie be­han­delt. Viele der ver­mit­tel­ten In­hal­te zur Ul­tra­schall­tech­nik sind dabei auch auf in­dus­tri­el­le An­wen­dun­gen, wie z.B. die zer­stö­rungs­freie Werk­stoff­prü­fung an­wend­bar.

The­men der Vor­le­sung sind

  • Aus­brei­tung me­cha­ni­scher Wel­len in flui­den Me­di­en und Fest­kör­pern
  • Akus­ti­sche Ei­gen­schaf­ten bio­lo­gi­scher Ge­we­be
  • Der pie­zo­elek­tri­sche Ef­fekt
  • Ultraschallwandler (Aufbau, Ersatzschaltbilder)
  • Bildgebende Verfahren (Ultraschallwandler-Arrays, Rekonstruktion)
  • Flussmessung mit Doppler-Methoden
  • Ultraschall-Kontrastmittel
  • Spezialgebiete (Elastographie, Photoakustik, harmonische Bildgebung, HIFU-Therapie, Superresolution-Imaging)

Vorlesungen

Raum
ID 03/445
}
Vorlesungsbeginn
10:15
Vorlesungsende
11:45
Erste Vorlesung
Freitag, 20.10.2023

Übungen

Raum
ID 03/445
}
Übung beginnt
08:15
Übung endet
10:00
Die erste Übung ist am
Donnerstag, 19.10.2023

Prüfung

i
Prüfungsform
Mündliche Prüfung
Prüfungstermin
Individuelle Absprache
Prüfungsdauer
30 Minuten
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Prüfungsanmeldung
FlexNow
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Ziele

Nach er­folg­rei­chem Ab­schluss des Mo­duls ver­fü­gen die Stu­die­ren­den über grund­le­gen­de Kennt­nis­se der akus­ti­schen Feld­theo­rie in flui­den Me­di­en, Fest­kör­pern und pie­zol­elek­tri­schen Ma­te­ria­li­en. Sie kön­nen die­ses Wis­sen auf kon­kre­te phy­si­ka­li­sche Fra­ge­stel­lun­gen an­wen­den und Wel­len­aus­brei­tungs­pro­ble­me lösen. Dabei sind sie in der Lage, die ge­ge­be­nen Pro­ble­me zu ana­ly­sie­ren und eine Ent­schei­dung für den bes­ten Lö­sungs­weg zu tref­fen (z.B. ana­ly­ti­sche Be­rech­nung im Ver­gleich zu Si­mu­la­tio­nen). Die Stu­die­ren­den ken­nen den Auf­bau me­di­zi­ni­scher Ul­tra­schall­ge­rä­te und ver­ste­hen die ein­ge­setz­ten di­gi­ta­len Si­gnal­auf­nah­me- und -ver­ar­bei­tungs­ver­fah­ren auf der Basis der akus­ti­schen Feld­theo­rie. Sie kön­nen wich­ti­ge Si­gnal­ver­ar­bei­tungs­al­go­rith­men selbst um­set­zen, auf Mess­da­ten an­wen­den und ihren Lö­sungs­weg er­läu­tern. Die Stu­die­ren­den ken­nen die wich­tigs­ten in­ter­na­tio­na­len Quel­len für Fach­li­te­ra­tur und kön­nen diese nut­zen Durch die Übun­gen in Klein­grup­pen, teil­wei­se an Rech­nern, sind die Stu­die­ren­den be­fä­higt, das Er­lern­te im Team prak­tisch um­zu­set­zen, Lö­sungs­an­sät­ze zu er­läu­tern und ar­gu­men­ta­tiv zu ver­tre­ten.
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Voraussetzungen

none

Vorkenntnisse

Kennt­nis­se der Sys­tem­theo­rie, Fou­rier-Trans­for­ma­ti­on und Si­gnal­ver­ar­bei­tung, die denen ent­spre­chen, die als Grund­la­gen in den Vor­le­sun­gen des Ba­che­lor­stu­di­en­gan­ges Elek­tro­tech­nik und In­for­ma­ti­ons­tech­nik ver­mit­telt wer­den.

Literatur

  1. Angelsen, Bjørn A. J.: Ultrasound Imaging Vol. I. Emantec AS, Trondheim, 2001.
  2. Angelsen, Bjørn A. S.: Ultrasound Imaging Vol. II. Emantec AS, Trondheim, 2000.
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  4. Auld, B.A.: Acoustic Fields and Waves in Solids, Bd. 2. John Wiley & Sons, New York, 1973.
  5. Cheeke, J.; David, N.: Fundamental and applications of ultrasonic waves. CRC Press LLC, Florida, USA, 2002.
  6. Hamilton, M. F.; Blackstock, D. T.: Nonlinear Acoustics. Academic Press, California, 1998.
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  8. Kino, G.S.: Acoustic Waves. Prentice-Hall, 1987.
  9. Kuttruff, Heinrich: Physik und Technik des Ultraschalls. S. Hirzel Verlag, Stuttgart, 1988.
  10. Lerch, Reinhard; Sessler, Gerhard; Wolf, Dietrich: Technische Akustik: Grundlagen und Anwendungen, Springer, Berlin/Heidelberg, 2009.
  11. Morse, Philip M.; Ingard, K.Uno: Theoretical Acoustics. Mac Graw-Hill, New York,1968.
  12. Morneburg, Heinz / (Hrsg.): Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik. Publicis MCD Verlag, Erlangen, 1995.
  13. Oppelt, A. (Ed.): Imaging Systems for Medical Diagnostics. Publicis Corp. Publ. Erlangen, 2005.
  14. Schmitz, G.: Biomedical Sonography, in Biomedical Imaging: Principles and Applications (ed R. Salzer), John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA. doi: 10.1002/9781118271933.ch11, 2012.
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  16. Shung, K. Kirk: Diagnostic Ultrasound, Imaging and Blood Flow Measurements. Taylor & Francis Group, Boca Raton, 2015.
  17. Szabo, Thomas, Diagnostic Ultrasound Imaging: Inside Out. Academic Press, Burlington, 2004.
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Sonstiges

Die Vorlesungs- und Übungsunterlagen werden über Moodle zur Verfügung gestellt. Die Selbsteinschreibung in den Kurs ist ab 19.10.2023 mit dem Passwort "Auld" möglich.