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Prof. Dr. Jens Haueisen

Institutsleiter

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INHALTE

Das Bildverarbeitungslabor (Bionik, R 1302)

Das Bildverarbeitungslabor gestattet als moderner PC-Pool die rechenintensive Analyse medizinischer Bilder für Forschung und Ausbildung sowie die Simulation von Transportprozessen energiereicher Teilchen ionisierender Strahlung und ihre Anwendung zur Bestrahlungsplanung in der Medizin. Damit gibt es insbesondere auch den Studierenden die Möglichkeit, bereits während des Bachelor- und Masterstudiums Fähigkeiten und Fertigkeiten zu entwickeln, wie sie heute notwendige Voraussetzung für den Einsatz als Medizinphysik-Experte in der Röntgendiagnostik, Nuklearmedizin und Strahlentherapie sind.

Arbeitsstation Bildbetrachtung und Bildanalyse

Mit dem Rechnersystem kann aufbauend auf einer medizinischen Datenbank direkt auf die Bilder des BMTI-eigenen Röntgensystems zugegriffen werden. Mittels eines medizinischen Betrachtungsmonitors und eines medizinischen Befundungsmonitors ist eine dicom-konforme Ansicht von unterschiedlichen medizinischen Bildmodalitäten möglich. Damit können im studentischen Praktikum der Bachelorstudierenden zu Röntgenbildwandlern alle Bilder unter klinischen Gesichtspunkten verarbeitet, vermessen und archiviert werden.


Bild 1: Übersicht Bildanalysestation
Bild 2: Dicom-konforme Darstellung am Befundungsmonit

Arbeitsstation Computertomografische Rekonstruktion

Basierend auf den Rohdaten des experimentellen Computertomografen (CT, siehe Röntgenlabor) ist es an diesem System möglich, eine in studentischer Arbeit entstandene Software zur iterativen Rekonstruktion der Schichtbilder anzuwenden und Abhängigkeiten zwischen Dosisbedarf und Bildqualität zu beurteilen. Zudem kann direkt mit dem (noch) CT-Goldstandard, der gefilterten Rückprojektion verglichen werden. Das System wird u.a. in Masterpraktika zur computergestützten Querschnittsrekonstruktion genutzt. 

Bild 3: Vergleich von Dosisbedarf (relativ in %) und Bildauflösungsvermögen unterschiedlicher Rekonstruktionsverfahren der Computertomografie

Arbeitsstation Bestrahlungsplanung

An einem kommerziellen System zur Bestrahlungsplanung erlernen die Studierenden des Wahlmoduls Radiologische Technik und Strahlenschutz begleitend zur Lehrveranstaltung „Technik der Strahlentherapie“ Grundzüge der Anwendung hochenergetischer Elektronen- und Photonenstrahlung an Tumorpatienten. In Zusammenarbeit mit Medizinphysikern/innen aus Kliniken und Praxen der näheren Umgebung ist es möglich, Planungsergebnisse zu diskutieren und Hinweise aus klinischer Sicht zu bekommen. Die Anwendung von Fachtermini wird so geübt und Kriterien zum Vergleich unterschiedlicher Bestrahlungstechniken unter größtmöglicher Schonung gesunder Herdumgebung praktisch angewandt.

Bild 4: Vergleich der Dosisverteilung einer Prostatabestrahlung für VMAT (links) und konventioneller 5-Felder-Technik (rechts)
Bild 5: Typisches Dosis-Volumen-Histogramm im Ergebnis einer Bestrahlungsplanung

Arbeitsstation Monte Carlo Simulation

Mit der fortschreitenden Leistungssteigerung moderner Computer sind auch immer mehr Möglichkeiten rechenintensiver Anwendungen gegeben. Dazu zählen mittlerweile auch komplexe Monte-Carlo-Simulationen. Hierbei wird der Lebenszyklus einer Vielzahl hochenergetischer Teilchen ionisierender Strahlung im Wechselwirkungsprozess mit unterschiedlicher Materie beobachtet. Dauerten Berechnungen mit moderater örtlicher Auflösung vor einigen Jahren noch Tage, so sind jetzt dafür nur noch Stunden oder Minuten notwendig. Somit können Simulationen mit FLUKA oder EGSNRC mittlerweile erfolgreich in die Lehre und Forschung integriert werden. Es existiert ein eigener Versuch zur Simulation bei Tumorpatienten, aber auch die Anwendung im Bereich von Strahlenschutzberechnungen ist mittlerweile möglich (siehe auch die Anwendung zur Überprüfung ortsdosimetrischer Messungen an einer Durchleuchtungseinrichtung).

Bild 6: Messergebnisse der Luftionisationsmesskammern einer ortsdosimetrischen Messung einer Durchleuchtungsanlage, Angabe der Äquivalentdosisleistung in µSv/h
Bild 7: Simulationsergebnisse der MonteCarlo-Simulation mit 100 Mill. Teilchen der Geometrie aus Bild 6, Angabe der Äquivalentdosisleistung in µSv/h, x- und y-Achse in cm

Arbeitsstation 3D-Visualisierung

Zur Unterstützung der Vorlesungsinhalte zur Bildverarbeitung in der Medizin 2 ist eine Workstation speziell zur 3D-Visualisierung medizinischer Daten in der Anwendung. An freier Forschungssoftware werden von den Studierenden Einflussfaktoren auf die Darstellbarkeit relevanter Strukturen aus tomografischen Aufnahmen untersucht.

Bild 8: 3D-Volume-Rendering-Ansicht einer CT-Aufnahme des Rumpfes (Nierenfenster)
Bild 9: 3D-Volume-Rendering-Ansicht einer CT-Aufnahme des Hals-Thorax-Bereichs (Lungenfenster)

Der Großteil der rechentechnischen Ausstattung wurde durch Fördermaßnahmen vom Strahlenschutzseminar in Thüringen e.V. finanziert.