Mikrowellensensorik in der Medizin - Interactive curriculae of TU Ilmenau

Elektrotechnik, Elektromagnetisches Feld, Elektrische Messtechnik

Die Lehrveranstaltung hat zum Ziel, den Studierenden der Biomedizinischen Technik die Grundlagen der Mikrowellensensorik, insbesondere zum Zwecke der Anwendung in der Medizin zu vermitteln.

Die Studierenden kennen die physikalischen Grundlagen, welche die Ausbreitung und die Wechselwirkungen von Mikrowellen in Medien (insbes. Gewebe) und an dielektrischen Grenzflächen bestimmen. Sie besitzen grundlegende Kenntnisse über Methoden der Messtechnik im Mikrowellenbereich (u.a. über Netzwerkanalyse, dielektrische Spektroskopie) als auch über die dazu notwendigen technischen Komponenten und Messsysteme. Sie kennen Prinzipien und technische Umsetzungen ultrabreitbandiger Sensorik im Mikrowellenbereich, insbesondere der UWB-Radartechnik. Die Studierenden können medizinische Einsatzfelder der UWB-Sensorik benennen und ihr Potential analysieren. Sie kennen technische Voraussetzungen, signalanalytische Methoden sowie aktuelle Herausforderungen und Lösungsansätze der medizinischen Bildgebung und berührungslosen Vitaldatenerfassung mittels Mikrowellen.

Im letzten Teil der Lehrveranstaltung weisen die Studierenden nach, dass sie die vermittelten Kenntnisse auch in praktischen Messungen und Aufgabenstellungen einsetzen können.

- Physikalische Grundlagen: Mikrowellen im Spektrum elektromagnetischer Wellen, Wechselwirkungen elektromagnetischer Wellen in Medien, Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in Medien, Transmission und Reflexion an Grenzflächen

- Mikrowellenmesstechnik: Leitungsgeführte Wellenausbreitung, Streuparameter (S-Parameter), Messung der S-Parameter, Dielektrische Spektroskopie

- Antennen und Bauelemente für die Mikrowellensensorik: Grundlegende Begriffe und Kenngrößen, Antennen für Mikrowellensensorik

- UWB- und UWB-Radar: Ultrabreitbandtechnik, M-Sequenztechnologie, Grundlagen zum UWB-Radar, Beamforming / Migration, Oberflächenrekonstruktion mittels Boundary Scattering Transform, UWB-Sensorik in der Medizin

- Praktikum mit den thematischen Inhalten: Dielektrische Spektroskopie, Bildgebung / Beamforming, Berührungslose Vitaldatenerfassung

Vorlesung: Folien, Tafel, Demonstrationen

Praktikum: Übungen und Messungen im Labor

• Detlefsen, Siart: Grundlagen der Hochfrequenztechnik. Oldenbourg, 2012

· Gustrau: Hochfrequenztechnik. Hanser, 2013

· Meinke: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer, 1992

· Thumm, Wiesbeck, Kern: Hochfrequenzmesstechnik. Vieweg + Teubner, 1998

· Hiebel: Grundlagen der vektoriellen Netzwerkanalyse. Rohde & Schwarz, 2011

· Göbel: Radartechnik. VDE-Verlag, 2011

· Sachs: Handbook of Ultra-Wideband Short-Range Sensing. Wiley-VCH, 2013

· Dössel / Buzug: Medizinische Bildgebung. (Bd. 7 der Reihe Biomedizinische Technik), de Gruyter, 2013

Dr.-Ing. Marko Helbig