Aktuelle Forschung Medizintechnik – Latest Research in Medical Engineering – serie

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Strahlentherapie atmungsbewegter Tumoren
Bewegungsfeldschätzung und Dosisakkumulation anhand von 4D-Bilddaten
AvRené Werner
Häftad, Tyska, 2013
703 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Atmungsbedingte Bewegungen stellen eine zentrale Herausforderung in der Strahlentherapie dar. Als Grundlage der Berücksichtigung von Atembewegungen während der Therapie kommen zunehmend Verfahren zur 4D(=3D+t)-CT-Bildgebung zum Einsatz. Deren Integration in den klinischen Workflow bedarf aus Sicht der Bildverarbeitung zweier zentraler Schritte: einer bildbasierten Abschätzung der Organ- und Tumorbewegungen sowie der Berücksichtigung der geschätzten Bewegungen während der Dosisberechnung im Sinne einer Dosisakkumulation. Unter Rückgriff auf Verfahren zur nicht-linearen Registrierung entwickelt, evaluiert und optimiert René Werner zunächst Ansätze zur patientenspezifischen Bewegungsfeldschätzung und statistischen Bewegungsmodellierung. Hierauf aufbauend leitet er Schemata für eine präzise Dosisakkumulation her und setzt diese zur Untersuchung der Auswirkungen atmungsbedingter Bewegungen in der Strahlentherapie von Lungentumoren ein.
Registration Methods for Pulmonary Image Analysis
Integration of Morphological and Physiological Knowledge
AvAlexander Schmidt-Richberg
Häftad, Engelska, 2014
547 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Various applications in the field of pulmonary image analysis require a registration of CT images of the lung. For example, a registration-based estimation of the breathing motion is employed to increase the accuracy of dose distribution in radiotherapy. Alexander Schmidt-Richberg develops methods to explicitly model morphological and physiological knowledge about respiration in algorithms for the registration of thoracic CT images. The author focusses on two lung-specific issues: on the one hand, the alignment of the interlobular fissures and on the other hand, the estimation of sliding motion at the lung boundaries. He shows that by explicitly considering these aspects based on a segmentation of the respective structure, registration accuracy can be significantly improved.
Principles and Applications of Magnetic Particle Imaging
AvBernhard Gleich
Häftad, Engelska, 2013
547 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Bernhard Gleich introduces Magnetic Particle Imaging (MPI) including all aspects that are necessary for a complete understanding. MPI is a new imaging modality invented by Bernhard Gleich and Jürgen Weizenecker. The method is capable of imaging the distribution of superparamagnetic iron oxide particles (SPIOs) with high sensitivity, high spatial resolution, and high imaging speed. The author summarizes the results of a number of original papers and countless innovations he has elaborated in the young discipline of magnetic particle imaging.
Modellierung zellulärer Gliomwachstumsprozesse in ihrer Mikroumgebung
AvAlina Toma
Häftad, Tyska, 2013
630 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Krebs ist eines der weitverbreitetsten Krankheitsbilder im Erwachsenenalter und steht zunehmend im Zentrum unterschiedlicher wissenschaftlicher Disziplinen. Alina Toma befasst sich mit der mathematischen Modellierung der Progression des Glioblastoms. Für eine realitätsnahe Simulation des zellulären Wachstums des Tumors berücksichtigt sie Umgebungsfaktoren wie Nährstoffe und die extrazelluläre Matrix. Sie betrachtet neben Migration und Proliferation vonTumorzellen weitere Zellstatus wie Zelltod oder Ruhezustand. Die Autorinintegriert zum ersten Mal die Immunzellen des zentralen Nervensystems in ein Glioblastom-Wachstumsmodell, wobei sie relevante in-vitro Experimente zur Validierung des Modells hinzufügt. Die Arbeit führt in die Strahlentherapie und Multiskalenmodellierung ein und greift die wichtigen Aspekte der Tumormikroumgebung auf, um so eine realistische Darstellung der Wachstumsprozesse abzubilden.
Methoden zur numerischen Simulation der Progression von Gliomen
Modellentwicklung, Numerik und Parameteridentifikation
AvAndreas Mang
Häftad, Tyska, 2014
612 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Andreas Mang befasst sich mit der numerischen Simulation der Progression von primären Hirntumoren, im Speziellen Gliomen. Der Autor beschreibt Verfahren zur großmaßstäblichen Modellierung der Ausbreitung tumoröser Zellen auf der Basis einer Differenzialgleichung. Er stellt einen neuartigen Ansatz zur näherungsweisen Modellierung tumorinduzierter Gewebedeformation für die nichtrigide Bildregistrierung basierend auf einem variationellen Optimierungsproblem vor. Als weiteren Themenschwerpunkt behandelt er das inverse Problem der Parameteridentifikation anhand neuroradiologischer Bilddaten.
Field Free Line Magnetic Particle Imaging
AvMarlitt Erbe
Häftad, Engelska, 2014
563 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Marlitt Erbe provides a detailed introduction into the young research field of Magnetic Particle Imaging (MPI) and field free line (FFL) imaging in particular. She derives a mathematical description of magnetic field generation for FFL imaging in MPI. To substantiate the simulation studies on magnetic FFL generation with a proof-of-concept, the author introduces the FFL field demonstrator, which provides the world’s first experimentally generated rotated and translated magnetic FFL field complying with the requirements for FFL reconstruction. Furthermore, she proposes a scanner design of considerably enhanced magnetic field quality and efficiency. The author discusses the influence of magnetic field quality optimization on the image quality achieved using efficient Radon-based reconstruction methods, which arise for a line detection scheme and based on this optimized design, presents a dynamic FFL scanner assembly.
Bildregistrierung für die navigierte Chirurgie
Spezialisierte Ansätze zur Anwendung in der navigierten Leberchirurgie
AvJanine Olesch
Häftad, Tyska, 2014
612 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Die einzig anerkannte, kurative Therapieform zur Behandlung primärer und sekundärer Lebertumore ist die chirurgische Resektion. Nicht alle Tumore sind aufgrund ihrer Lage resektabel. Eine Navigationsunterstützung kann hier Abhilfe leisten. Exakte Bildregistrierungsverfahren für die Registrierung von Gefäßbäumen aus CT und Ultraschall sind dazu jedoch unerlässlich. Janine Olesch stellt Verfahren vor, mit deren Hilfe im intra-operativen Kontext eine Nachführung der Planungsdaten an die intra-operative Situation gelingt. Neben der Technik der Registrierung mit inexakten Landmarken beschreibt die Autorin auch das Konzept der 2D-3D-Registrierung. Zur methodischen Beschleunigung der Verfahren kommt eine Fokussierungsstrategie zur Registrierung besonders interessanter Regionen zum Einsatz.
Three-Dimensional Digital Tomosynthesis
Iterative Reconstruction, Artifact Reduction and Alternative Acquisition Geometry
AvYulia Levakhina
Häftad, Engelska, 2014
563 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Yulia Levakhina gives an introduction to the major challenges of image reconstruction in Digital Tomosynthesis (DT), particularly to the connection of the reconstruction problem with the incompleteness of the DT dataset. The author discusses the factors which cause the formation of limited angle artifacts and proposes how to account for them in order to improve image quality and axial resolution of modern DT. The addressed methods include a weighted non-linear back projection scheme for algebraic reconstruction and novel dual-axis acquisition geometry. All discussed algorithms and methods are supplemented by detailed illustrations, hints for practical implementation, pseudo-code, simulation results and real patient case examples.
Interpolations-basierte Sinogrammrestauration zur Metallartefaktreduktion in der Computertomographie
AvMay Oehler
Häftad, Tyska, 2014
713 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
May Oehler entwickelt und evaluiert unterschiedliche, auf Interpolationen basierende Metallartefaktreduktions (MAR)-Verfahren und untersucht deren Anwendbarkeit auf Metallartefakte in CT-Bildern. Dazu verwendet sie 1D-, 1.5D- und 2D- Interpolationsmethoden, um die inkonsistenten Projektionen in den aufgenommenen Rohdaten zu reparieren. Sie vergleicht diese Ergebnisse sowohl nach Rekonstruktion mit der FBP als auch mit dem in dieser Arbeit entwickelten gewichteten iterativen l-Maximum-A-Posteriori (MAP)-Verfahren. Die Autorin testet die unterschiedlichen Mechanismen einerseits auf Phantomdaten eines mit Stahlmarkern versehenen Torsophantoms und andererseits auf klinischen Datensätzen mit variierenden Metallartefakten.
Holoscopy
AvDierck Hillmann
Häftad, Engelska, 2014
563 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Holoscopy is a new tomographic imaging modality that combines techniques of digital holography with Fourier-domain optical coherence tomography (FD-OCT). Dierck Hillmann gives a theoretical introduction to the mathematics and physics of holoscopy and develops an efficient numerical reconstruction procedure. Compared to FD-OCT, holoscopy provides unique advantages by enabling tomographic imaging without a limited depth of focus, but results in an increased numerical cost for reconstruction. In further chapters, the author introduces techniques for FD-OCT that are relevant to holoscopy as well. He demonstrates and compares numerical reconstruction methods for FD-OCT and shows how motion and dispersion artifacts in FD-OCT can be numerically compensated.
Deformable Meshes for Medical Image Segmentation
Accurate Automatic Segmentation of Anatomical Structures
AvDagmar Kainmueller
Häftad, Engelska, 2014
563 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Segmentation of anatomical structures in medical image data is an essential task in clinical practice. Dagmar Kainmueller introduces methods for accurate fully automatic segmentation of anatomical structures in 3D medical image data. The author’s core methodological contribution is a novel deformation model that overcomes limitations of state-of-the-art Deformable Surface approaches, hence allowing for accurate segmentation of tip- and ridge-shaped features of anatomical structures. As for practical contributions, she proposes application-specific segmentation pipelines for a range of anatomical structures, together with thorough evaluations of segmentation accuracy on clinical image data. As compared to related work, these fully automatic pipelines allow for highly accurate segmentation of benchmark image data.
Multiskalenmodellierung der Progression von Glioblastomen
Ein Ansatz unter der Berücksichtigung molekularer und zellulärer Prozesse
AvTina Anne Schütz
Häftad, Tyska, 2014
612 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Tina Anne Schütz entwickelt und diskutiert ein neues Multiskalenmodell zur Abbildung der frühen Wachstumsphase von Glioblastomen. Um mehrere Skalen abzubilden, koppelt die Autorin ein hybrides Modell auf der mikroskopischen Ebene mit dem Modell eines molekularen Interaktionsnetzwerkes. Durch den Vergleich mit In-vitro-Daten validiert sie das Modell und führt Simulationen durch, um so Rückschlüsse für die Biologie und Medizin zu ziehen. Insbesondere liefert das Modell Hinweise auf neue prognostische Marker für die Progression von Glioblastomen und auf neue Therapieansätze.
Bewegungsdetektion und -korrektur in der Transmissions-Computertomographie
AvSvitlana Ens
Häftad, Tyska, 2014
814 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Svitlana Ens stellt Bewegungsartefakte während einer Computertomogramm-Akquisition in den Mittelpunkt ihrer Studie. Patientenbewegungen können insbesondere bei einer Dental-CT Akquisition problematisch sein, denn diese weist eine Reihe von Eigenschaften auf, die dazu führen, dass die bekannten Methoden der Bewegungsdetektion und -korrektur nicht angewendet werden können. Die Autorin entwickelt Verfahren, mit denen sowohl die Detektion der Bewegungspunkte als auch die Korrektur der Bewegungsartefakte des verwendeten Dental-CTs möglich sind und die auch für die Detektion und Korrektur rigider Bewegungen bei anderen CT-Typen verwendet werden können.
Reduktion von Metallartefakten in der Computertomographie
Entwicklung und Evaluation Fourier-basierter Strategien
AvBärbel Kratz
Häftad, Tyska, 2014
612 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Bärbel Kratz untersucht zunächst Methoden zur Qualitätsbewertung von CT-Bildern mit Metalleinflüssen, darunter ein neues Verfahren, das auf einem Vergleich der Bilddaten mit einer inhärent gegebenen Referenz beruht. Außerdem analysiert sie Ansätze, die zur Eliminierung der Metallartefakte eine Neubestimmung der metallbeeinflussten Rohdaten vornehmen. Auf dieser Grundlage entwickelt die Autorin einen neuen Fourier-basierten Ansatz, der bekannte Algorithmen für eine nichtäquidistante Fouriertransformation verwendet und zeigt, dass eine höherdimensionale Interpolation von Vorteil ist, da sie in der Regel zu qualitativ hochwertigen Artefaktreduktionen führt.
Instrumentierung der Bioimpedanzmessung
Optimierung mit Fokus auf die Elektroimpedanztomographie (EIT)
AvSteffen Kaufmann
Häftad, Tyska, 2015
713 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Steffen Kaufmann entwickelt ein Verfahren zur verbesserten Instrumentierung der Transferimpedanzmessung mit Fokus auf die Anwendung in der Elektroimpedanztomographie (EIT). Die Optimierung wird durch eine Erhöhung des Signal-Rauschabstandes erreicht, gleichzeitig ermöglicht das Verfahren spektroskopische Mehrfrequenz-Messungen, mit einer Auflösung nach Betrag und Phase. Der Autor entwickelt und evaluiert ein Bioimpedanzmesssystem (BMS), das zu einem Mehrfrequenz-EIT-System erweitert und für unterschiedliche Messungen an Widerstands- und Tankphantomen sowie zur Visualisierung der Atmung eingesetzt wird. Den Abschluss bildet die Konzeption eines parallelen Mehrfrequenz-Aktivelektroden-EIT-Systems.
3D-Bildsegmentierung mittels statistischer Formmodelle
Korrespondenzfindung, Modellierung, Segmentierung und ihre wechselseitigen Abhängigkeiten
AvSebastian T. Gollmer
Häftad, Tyska, 2015
612 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Sebastian T. Gollmer entwickelt neue Methoden und Algorithmen für die Erstellung statistischer Formmodelle, die Formmodellierung und die formmodellbasierte Bildsegmentierung. Der Autor diskutiert ihre Vorteile gegenüber den jeweils etablierten Verfahren aus der Literatur und evaluiert den generellen Einfluss dieser drei Aspekte auf die erzielbare Segmentierungsgenauigkeit. Letzteres erfolgt sowohl unter Verwendung neu entwickelter und etablierter Evaluierungsverfahren als auch im Rahmen realer Anwendungen. Von besonderer praktischer Relevanz zeigen sich dabei die exzellenten, mit einem neuen vollautomatischen Algorithmus erzielten Ergebnisse für die Unterkiefersegmentierung.
Einstellung von Volumenströmen im Bereich der Nanofluidik
Entwicklung einer Fluid-Drossel aus porösen Keramiken
AvYavuz Selim Mutlu
Häftad, Tyska, 2015
682 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Yavuz Selim Mutlu stellt die Entwicklung zweier Fluid-Drosselvarianten aus porösen Keramiken vor. Ziel ist es, eine neue Methode zu realisieren, um Volumenströme in der Nanofluidik verstellen zu können. Ein Einsatz dieser verstellbaren Drosseln ist in den implantierbaren Infusionspumpen in der Schmerz- und Spastiktherapie möglich. Der Autor beschreibt das Anwendungsspektrum implantierbarer Infusionspumpen und führt in die Grundlagen der Fluidmechanik mit dem Bezug zur Strömungssimulation mit der Software „GeoDict“ ein. Er untersucht und charakterisiert zwei Keramiktypen, beschreibt den Aufbau und die Funktionsweise beider Drosseltypen und stellt die Permeabilitätseigenschaften der porösen Medien sowie die Durchflussbereiche in der Nanofluidik vor. Die Herstellung einer Fluid-Drossel aus porösen Keramiken ist kostengünstig und in der Anwendung energiesparend.
Azosubstituierte Porphyrine
Anwendungen in Technik und Medizin
AvKerstin Lüdtke-Buzug
Häftad, Tyska, 2016
562 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Kerstin Lüdtke-Buzug führt in die vielfältigen Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten für Porphyrine im medizinischen und naturwissenschaftlich-technischen Bereich ein und stellt Synthesevorschriften sowie Analysemethoden von Azobenzolsubstituierten Porphyrinsystemen vor, welche in fast allen biologischen Systemen vorkommen. Dazu synthetisiert sie eine Reihe von azobenzolsubstituierten Mono- und Diporphyrinen und untersucht sie eingehend spektroskopisch und elektrochemisch. Sie weist den Einfluss unterschiedlicher Azobenzolsubstituenten auf die Redoxeigenschaften und die spektroskopischen Eigenschaften der Porphyringruppen eindeutig nach und quantifiziert ihn mit Hilfe von Hammett-Parametern.
Mehrdimensionale Magnet-Partikel-Spektroskopie und -Bildgebung
Physikalische Modellierung und Instrumentierung
AvMatthias Gräser
Häftad, Tyska, 2017
682 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Matthias Gräser beschäftigt sich mit den Methoden der neuartigen nanopartikelbasierten Bildgebungsmodalität Magnetic Particle Imaging (MPI), insbesondere mit der Nanopartikelspektroskopie zur Weiterentwicklung von Partikelmodellen. MPI ist eine bildgebende Methode, die den Tracer-Verfahren zuzuordnen ist. Grundlegend für die Konzeption der Messtechnik und Bildrekonstruktion ist die Kenntnis des physikalischen Partikelverhaltens. Der Autor untersucht die Signalketten, angefangen bei der physikalischen Modellierung der Partikelphysik, über die Hardwareentwicklung, bis zur Applikation am Beispiel eines mehrdimensionalen Magnet-Partikel-Spektrometers.
Effiziente Rekonstruktion und alternative Spulentopologien für Magnetic-Particle-Imaging
AvTobias Knopp
Häftad, Tyska, 2011
734 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Das bildgebende Verfahren Magnetic-Particle-Imaging (MPI) ermöglicht es, die örtliche Verteilung super-paramagnetischer Eisenoxid-Nanopartikel mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu bestimmen. Tobias Knopp erläutert zunächst die Rekonstruktion von MPI-Daten und entwickelt auf Grundlage eines Modells der MPI-Signalkette eine effiziente Methode zur Bestimmung der Systemmatrix. Für die Rekonstruktion der örtlichen Partikelverteilung nutzt er einen gewichteten, regularisierten Kleinste-Quadrate-Ansatz. Er zeigt, dass durch die Verwendung iterativer Verfahren mit einer speziellen Zeilengewichtung die Rekonstruktionszeit gegenüber direkten Verfahren deutlich verkürzt werden kann. Im zweiten Teil der Arbeit stellt der Autor verschiedene neuartige Spulentopologien vor: Zum einen eine Spulenanordnung, bei der alle felderzeugenden Elemente von nur einer Seite an das Messobjekt herangeführt werden, sodass ein offener Patientenzugang entsteht. Zum anderen eine effiziente Spulentopologie für die Generierung einer rotierenden feldfreien Linie, mit der eine vollkommen neue Form der Bildkodierung mit deutlich höherer Sensitivität realisiert werden kann.
Probabilistic Framework for Point-Based Shape Modeling in Medical Image Analysis
AvHeike Hufnagel
Häftad, Engelska, 2011
563 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
In medical image analysis, major areas such as radiotherapy, surgery planning, and quantitative diagnostics benefit from shape modeling to facilitate solutions to analysis, segmentation and reconstruction problems. Heike Hufnagel proposes a mathematically sound statistical shape model using correspondence probabilities instead of 1-to-1 correspondences. The explicit probabilistic model is employed as shape prior in an implicit level set segmentation. Due to the particular attributes of the new model, the challenging integration of explicit and implicit representations can be done in an elegant mathematical formulation, thus combining the advantages of both explicit model and implicit segmentation. Evaluations are performed to depict the characteristics and strengths of the new model and segmentation method.The dissertation has received the Fokusfinder award 2011 by the Innovationsstiftung Schleswig-Holstein (ISH), the Basler AG and Philips Medical Systems.
Evaluation of State-of-the-Art Hardware Architectures for Fast Cone-Beam CT Reconstruction
AvHolger Scherl
Häftad, Engelska, 2011
563 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
This book considers the field of computed tomography including a review of state-of-the-art reconstruction algorithms and a concise assessment of the most recent hardware architectures. Holger Scherl introduces the reader to the reconstruction problem in computed tomography and its major scientific challenges that range from computational efficiency to the fulfillment of Tuy's sufficiency condition. The assessed hardware architectures include multi- and many-core systems, cell broadband engine architecture, graphics processing units, and field programmable gate arrays. The author focuses on the interplay between these recent hardware platforms and modern computed tomography reconstruction algorithms.
Erfassung der Pulswelle am Unterarm
Optisch-transmissives Mehrkanalsensorsystem und Simulationsmodelle
AvRobert Couronné
Häftad, Tyska, 2012
807 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Die nichtinvasive Erfassung des arteriellen Pulswellensignals erlaubt Pulsmessung, Pulsoximetrie bis hin zu Gefäßrisikobewertung direkt am Unterarm. Robert Couronné beschreibt zwei Modellsimulationen der Photonenausbreitung im Unterarmgewebe. Anhand gemessener Intensitäten verifiziert der Autor die erweiterte Lambert-Beer-Beziehung eines planaren Schichtenmodells und untersucht mithilfe eines Zylindermodells die Intensitätsverteilung entlang des Unterarmumfangs, wobei bevorzugte Ableitregionen identifiziert werden. Zum experimentellen Nachweis stellt der Autor den Prototyp eines optisch-transmissiven Mehrkanalsensorsystems vor und zeigt anhand von Probandenmessungen die technische Signalgewinnung und praktische Anwendbarkeit. Mit einem Klassifikationsverfahren kann die automatische Signalidentifikation sowie eine Qualitätsbewertung im Realzeitbetrieb erreicht werden. Die vorgestellten Verfahren sind dabei auf gängigen Mikrocontroller-Plattformen lauffähig.
Magnet-Partikel-Spektrometer
Entwicklung eines Spektrometers zur Analyse superparamagnetischer Eisenoxid-Nanopartikel für Magnetic-Particle-Imaging
AvSven Biederer
Häftad, Tyska, 2012
703 kr
Skickas inom 10-15 vardagar
Sven Biederer entwickelt ein Magnet-Partikel-Spektrometer (MPS) zur Analyse und Charakterisierung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIOs). Das MPS nutzt dabei denselben physikalischen Effekt wie die Bildgebung mittels Magnetic-Particle-Imaging (MPI). Der Autor beschreibt die Hardware des MPS und stellt die zur Nutzung und Auswertung der Messdaten benötigte Software vor. Abschließend präsentiert er die Messungsergebnisse und analysiert die Nutzbarkeit verschiedener SPIOs in MPI.

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