Modulhandbuch

Medizintechnik (MT)

Bilderzeugung und Bildverarbeitung in der Medizin

Empfohlene Vorkenntnisse

Grundstudium, insbesondere Mathematik I und II, Grundlagen der Informatik

Lehrform Vorlesung
Lernziele / Kompetenzen

Nach erfolgreichem Abschluss dieses Moduls

  • verfügen die Studierenden über Wissen im Bereich der bildgebenden Verfahren in der Medizin aus mathematischer, physikalischer und informationstechnischer Sicht,
  • sind die Studierenden vertraut mit den wichtigsten Grundlagen der Sonographie, an deren detailliertem Beispiel nachvollziehbar wird, welche Möglichkeiten die konsequente Anwendung mathematisch-physikalischer Konzepte eröffnet,
  • haben die Studierenden am Beispiel des DICOM-Standards gelernt, welche entscheidende Rolle Normen haben, welche Möglichkeiten diese eröffnen und wie sich informationstechnische Prinzipien in medizinischen Standards wiederspiegeln,
  • kennen die Studierenden unterschiedliche methodische Ansätze zur Bearbeitung zwei- und dreidimensionaler Bilder und können diese auf medizinische Bilder anwenden,
  • verfügen die Studierenden über Kenntnisse zur mathematischen Beschreibung rigider Bild-Transformationen und des Resamplings von Bildern nach solchen Transformationen,
  • verfügen die Studierenden über grundsätzliches Wissen zur Segmentierung medizinischer Bilddaten mittels einfacher Algorithmen,
  • kennen und verstehen die Studierenden Netzwerkarchitekturen für lokale und für Weitverkehrsnetze sowie die technischen Grundlagen von lokalen Netzwerkprotokollen, insbesondere Kanalzugriffs- und Routingverfahren,
  • kennen und verstehen die Studierenden technische Netzwerkprotokolle (insb. Ethernet, TCP/IP) und Anwendungsprotokolle (insb. HTTP, SMTP/POP/IMAP) und können dieses Wissen anwenden.

 

Dauer 2
SWS 6.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 90h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 120h
Workload 210h
ECTS 7.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Drei Klausuren K60

Leistungspunkte Noten

7 CP

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Harald Hoppe

Empf. Semester 3-4
Haeufigkeit jedes Jahr (SS)
Verwendbarkeit

MT-spezifisch

Veranstaltungen

Kommunikationsnetze

Art Vorlesung
Nr. EMI215
SWS 2.0
Lerninhalt

OSI- und TCP/IP-Referenzmodell

Sicherungsschicht

  • Rahmenbildung
  • Fehlerkorrektur und Fehlererkennung
  • Schiebefensterprotokolle
  • Mehrfachzugriffsprotokolle
  • Kopplung von Netzwerken

Vermittlungsschicht

  • Routing
  • Routing im Internet
  • IPv4 (inkl. Subnetting)
  • IPv6

Transportschicht

  • TCP
  • UDP

Anwendungsschicht

  • DNS
  • E-Mail (STMP, POP, IMAP etc.)
  • Web (HTTP, Web2.0, etc.)

Sicherheit

  • Geheimhaltung, Authentifizierung, Integrität
Literatur

Tanenbaum A. S., Computernetzwerke, 4. Auflage, München, Pearson Studium, 2003
Stevens Richard W., TCP/IP, Reading, Mass. [u.a.], Addison-Wesley, 2005
Sikora, A., Technische Grundlagen der Rechnerkommunikation: Internet-Protokolle und Anwendungen, München, Wien, Hanser, 2003

Medizininformatik

Art Vorlesung
Nr. EMI524
SWS 2.0
Lerninhalt
  1. Bildgebende Verfahren und Bildspeicherung: Digitales Gesundheitswesen
  2. Magnetresonanztomographie: Physikalische Grundlagen (klassischer Kreisel, Kernspin, gyromagnetisches Verhältnis, Präzession, Quantisierung des Drehimpuls, thermisches Gleichgewicht, Boltzmann-Statistik) / Spin-Anregung / Relaxationsarten / Spin-Echos / selektive Anregung / Phasen- und Frequenzkodierung
  3. Computertomographie: Röntgentechnologie / digitale Lumineszenzradiographie / Szintillatoren / Linienintegrale und Projektionen / Fourier-Scheiben-Theorem / gefilterte Rückprojektion
  4. Positronenemissionstomographie: Physikalische Grundlagen / Single Photon Emission Computed Radiography (SPECT) / Iterative Rekonstruktion
  5. Sonographie / Ultraschall: Physikalische Grundlagen (Wellengleichung, Laplaceoperator, ebene Wellen, Kugelwellen, Wellenvektor) / Schallwellenausbreitung / Absorption / Ultraschallerzeugung / Wandlerarten (annular, linear, curved, phased) / Sende- und Empfangs-Fokussierung / Strahllenkung / Fernfeld eines Phased Array (main, grating, side lobes) / Single Pulse Response / unipolare und bipolare Anregung / Pulssequenzen / Coded Excitation (kodierte Anregung)
  6. Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM): Geschichte / Aufbau / begriffliche Grundlagen / Datenstrukturen / Information Object Definition / Module / Attribute / Datentypen / Transfersyntax / Dateiformat

Literatur

Dössel, O., Buzug, M., Biomedizinische Technik - Medizinische Bildgebung, Berlin, Boston, De Gruyter, 2013

Azhari, H., Basics of Biomedical Ultrasound for Engineers, Hoboken, N.J, John Wiley and Sons, 2010

Kramme, R., Medizintechnik, 4. Auflage, Heidelberg, Springer, 2011

Bildverarbeitung in der Medizin

Art Vorlesung
Nr. EMI522
SWS 2.0
Lerninhalt
  1. Einführung und Grundlagen: Anwendungsbeispiele / bildgebende Verfahren in der Medizin / Bildverarbeitungsschritte / Pixel und Nachbarschaftsrelationen / Farbräume
  2. Mathematische Grundlagen: lineare Abbildungen / Orts- und Richtungsvektoren / längen- und winkeltreue / Rotationen und Spiegelungen / Rotationsmatrizen / Koordinaten-Transformationen / Inverse und Verkettungen von Transformationen / homogene Koordinaten
  3. Transformation von Grauwertbildern: Rohdaten / Kontrastspreizung / Kontrastanpassung / Gamma-Korrektur / normierte und kumulative  Histogramme / Verteilungsfunktion / Histogrammausgleich / Grauwerttransformationen / geometrische Transformationen / Resampling / bilineare Interpolation
  4. Vorverarbeitung und Filterung: lokale Filter / Faltungsfilter / Filtermaske / Glättungsfilter (Mittelwert-, Gauß-, Binomialfilter) / Kantenfilter (Prewitt-, Sobel-, Laplace-Filter)  / Kantendetektion nach Canny / Rangordnungsfilter / Medianfilter / Erosion und Dilatation / Opening und Closing / strukturierende Elemente
  5. Faltung, Korrelation und Hilbert-Transformation: kontinuierliche und diskrete Faltung / diskrete Faltung im Fourierraum / Bildfilterung mittels Fourier-Transformation / diskrete Korrelation direkt und im Fourierraum / normierte Kreuzkorrelation / Dekonvolution / Wiener-Kolmogorow-Filter / Hilbert-Transformation
  6. Segmentierung:Schwellwertverfahren / Region Growing

 

Literatur

Jähne, B., Digitale Bildverarbeitung, Berlin, Heidelberg, Springer, 2005

Handels, H., Medizinische Bildverarbeitung, Wiesbaden, Vieweg + Teubner, 2009

Erhardt, A., Einführung in die digitale Bildverarbeitung, Wiesbaden, Vieweg + Teubner, 2008

Dougherty, G., Digital Image Processing for Medical Applications, Cambridge University Press, 2009