Gegenstand dieser Arbeit ist die Simulation von bildgebenden Verfahren auf der Basis von Ultraschall. Diese Aufgabe gliedert sich in drei Teile: Erstens, man finde ein mathematisches Modell der Wellenausbreitung, welches geeignet ist, die Ausbreitung von Ultraschall zu simulieren. Zweitens ist eine Versuchsumgebung zu implementieren, die unter Zuhilfenahme des mathematischen Modells erlaubt, möglichst universelle simulierte Ultraschall-Untersuchungen durchzuführen. Zum dritten ist die Brauchbarkeit der Simulation zu überprüfen anhand von Effekten, die in der medizinisch-diagnostischen Anwendung der Ultraschalltechnik zu beobachten sind.
Den Einstieg bildet eine kurze Zusammenfassung der notwendigen physikalischen Grundlagen sowie der technisch gebräuchlichen Geräte und Verfahren. Mit der geforderten Modellbildung und den daraus zu entwickelnden Simulationsverfahren befaßt sich der nächste Teil. Wesentliches Ergebnis ist die Entscheidung, die Simulation auf einer finite-Differenzen-Approximation der Wellendifferentialgleichung aufzubauen.
Die praktische Implementierung dieses Verfahrens wird im Rahmen des vorliegenden Dokuments nur am Rande behandelt und findet sich im wesentlichen im Anhang. Dort wird zum einen die Steuersprache zur Definition von Ultraschall-Experimenten beschrieben, zum anderen die zugrundeliegende Bibliothek von in C++ implementierten Klassen.
Mit dem dritten Problembereich, der Überprüfung anhand von Effekten in der medizinischen Diagnostik, befaßt sich der abschließende Teil. Dieser beinhaltet zudem eine experimentelle Verifikation des der Simulation zugrundeliegenden Modells und eine Beschreibung der zusätzlich implementierten Bildgebungs- und Bildverbesserungsverfahren.
Inhaltsverzeichnis
- Zusammenfassung
- I Einleitung
- 1.1 Physikalische Grundlagen
- 1.2 Technische Verfahren
- II Simulation
- 2.1 Modellierung
- 2.2 Simulationsverfahren
- III Anwendung und Ergebnisse
- 3.1 Artefakte in der medizinischen Diagnostik
- 3.2 Verifikation
- 3.3 Bildgebungs- und Bildverbesserungsverfahren
- IV Schlussfolgerung
- V Anhang
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit befasst sich mit der Simulation von Ultraschallbildgebung und den in der medizinischen Diagnostik auftretenden Artefakten. Ziel ist es, ein mathematisches Modell der Wellenausbreitung zu entwickeln und eine Simulationsumgebung zu implementieren, die die Durchführung von simulierten Ultraschalluntersuchungen ermöglicht. Darüber hinaus soll die Brauchbarkeit der Simulation anhand von realen Effekten überprüft werden.
- Modellierung der Wellenausbreitung
- Entwicklung von Simulationsverfahren
- Implementierung einer Simulationsumgebung
- Analyse von Artefakten in der medizinischen Diagnostik
- Verifikation des Simulationsmodells
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel befasst sich mit den physikalischen Grundlagen und den technisch gebräuchlichen Verfahren der Ultraschallbildgebung. Kapitel zwei stellt die Modellierung und die Simulationsverfahren vor, wobei insbesondere die finite-Differenzen-Approximation der Wellendifferentialgleichung im Fokus steht. Kapitel drei behandelt die Anwendung der Simulation in der medizinischen Diagnostik, die Verifikation des Modells und die Beschreibung weiterer implementierter Verfahren.
Schlüsselwörter
Ultraschallbildgebung, Simulation, Wellenausbreitung, Finite-Differenzen-Methode, Artefakte, medizinische Diagnostik, TomAS-Software.
Häufig gestellte Fragen
Wie wird Ultraschall mathematisch simuliert?
Die Simulation basiert auf einer Finite-Differenzen-Approximation der Wellendifferentialgleichung. Dieses Modell erlaubt es, die Ausbreitung von Schallwellen in verschiedenen Medien digital nachzubilden.
Was sind Artefakte in der medizinischen Ultraschalldiagnostik?
Artefakte sind Bilderscheinungen, die nicht der tatsächlichen Anatomie entsprechen. Sie entstehen durch physikalische Effekte wie Reflexion, Brechung oder Absorption und können die Diagnose erschweren oder verfälschen.
Wozu dient die TomAS-Software?
TomAS ist eine Simulationsumgebung, die es ermöglicht, Ultraschall-Experimente virtuell durchzuführen. Sie nutzt eine C++ Bibliothek, um Wellenausbreitung und Bildgebung realitätsnah zu berechnen.
Wie wird die Brauchbarkeit einer Ultraschall-Simulation überprüft?
Die Überprüfung erfolgt durch den Vergleich der simulierten Bilder mit realen klinischen Effekten und Artefakten. Wenn die Simulation bekannte diagnostische Phänomene korrekt wiedergibt, gilt das Modell als verifiziert.
Welche physikalischen Grundlagen sind für die Simulation wichtig?
Wichtig sind Kenntnisse über Wellenlänge, Frequenz, Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Geweben sowie die Wechselwirkungen von Schallwellen an Grenzflächen (Reflexions- und Transmissionskoeffizienten).
- Arbeit zitieren
- Dr.-Ing. Torsten Rohlfing (Autor:in), 1997, Simulierte Ultraschallbildgebung und in der medizinischen Diagnostik auftretende Artefakte, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/17952
