Aktualisiert: 2023-07-03
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Einführung in die Computertomographie
Schlüsselwort: Bildrekonstruktion
Einführung in die Computertomographie
Einführung in die Computertomographie
Einführung in die Computertomographie
Einführung in die Computertomographie
Einführung in die Computertomographie
Bildanalyse
Der Methodenband führt leicht verständlich in das bildrekonstruktive Verfahren der Morphologischen Hermeneutik ein. Systematisch wird das Verfahren der Bildanalyse von der theoretischen Begründung bis zur methodischen Umsetzung vorgestellt. An Fallbeispielen wird dann das forschungspraktische Vorgehen Schritt für Schritt veranschaulicht. Abschließend wird das Erkenntnispotenzial von Bildern für die qualitative Sozialforschung pointiert diskutiert.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Bildanalyse
Der Methodenband führt leicht verständlich in das bildrekonstruktive Verfahren der Morphologischen Hermeneutik ein. Systematisch wird das Verfahren der Bildanalyse von der theoretischen Begründung bis zur methodischen Umsetzung vorgestellt. An Fallbeispielen wird dann das forschungspraktische Vorgehen Schritt für Schritt veranschaulicht. Abschließend wird das Erkenntnispotenzial von Bildern für die qualitative Sozialforschung pointiert diskutiert.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Untersuchungen von elektronenmikroskopischen Aufnahmen hoher Auflösung mit Bilddifferenz- und Rekonstruktionsverfahren
Mit der Neuauflage seiner 1970 veröffentlichten Dissertation „Untersuchungen von elektronenmikroskopischen Aufnahmen hoher Auflösung mit Bilddifferenz- und Rekonstruktionsverfahren“ ehrt die Technische Universität München ihren Alumnus, den Biophysiker und Nobelpreisträger Joachim Frank.
„Die Beziehung zwischen meiner Dissertation und meinem späteren Schaffen ist wirklich nicht sofort ersichtlich, denn weder dreidimensionale Rekonstruktion noch Mittelungsmethoden werden in der Arbeit behandelt. Sie befasst sich vielmehr mit grundsätzlichen Fragen, die bei der Verarbeitung von elektronenmikroskopischen (EM) Bildern auftreten: In welcher Weise gibt das Bild das Objekt wieder, welche Fehler treten dabei auf, wie kann man diese Fehler minimieren, und welchen Einfluss hat dabei das Rauschen? Die digitale Aufbereitung von EM-Bildern steckte damals noch in den Kinderschuhen. Später gesellte sich dazu die Idee, wie man verschiedene Bilder desselben Objekts genau deckungsgleich macht. Hier liegt der Anknüpfungspunkt zu meiner späteren Forschung.“
- Joachim Frank
Aktualisiert: 2020-07-01
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Einführung in die Computertomographie
Bildgebungskonzepte für Magnetic Particle Imaging
Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein bildgebendes Verfahren, das auf Basis hochfrequent-variierender Magnetfelder eine Visualisierung von magnetischen Tracer-Materialien ermöglicht. Aufgrund einer einzigartigen Kombination aus hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung bei gleichzeitigem Vorliegen einer hohen Sensitivität bietet MPI ein hohes Potenzial im Hinblick auf die Weiterentwicklung medizinischer Diagnose- und Therapieansätze.
In dem vorliegenden Werk werden neuartige Konzepte vorgestellt, die sich sowohl einer effizienten Nutzung als auch einer Erweiterung des Messfeldes in MPI widmen. Neben einer leistungseffizienten Erzeugung von Magnetfeldern zur Erweiterung des Abtastbereiches wird sich mit der Charakterisierung der Bildgebungstrajektorie befasst. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse können anschließend in die MPI-Systemkalibrierung überführt und zur Datenreduktion genutzt werden.
Bezüglich der Strategien zur Erweiterung des Messfeldes wird sich in diesem Werk auf Ansätze in axialer Richtung fokussiert und ein Verfahren vorgestellt, das es in Anlehnung an die Computertomographie erlaubt, eine theoretisch unbeschränkte axiale Messfeldvergrößerung zu erreichen.
Aktualisiert: 2023-03-21
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Magnetic Particle Imaging
Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein neuartiges Bildgebungsverfahren, das es erlaubt, eine dreidimensionale Verteilung von superparamagnetischen Eisenoxidpartikeln in Echtzeit zu visualisieren. Das vorliegende Werk stellt drei neuartige Instrumentierungen für MPI-Systeme vor, die auf einer feldfreien Linie (FFL) basieren. Anhand der Systeme wird gezeigt, dass es mit Hilfe der FFL-Technologie möglich ist, Echtzeitfähigkeit, geringe Systemkomplexität und hohe räumliche Auflösung zu realisieren. Mittels einer elektronisch rotierenden FFL wird zunächst gezeigt, dass eine Partikelverteilung in Echtzeit (50 Bilder pro Sekunde) untersucht werden kann. Anschließend wird ein Konzept vorgestellt, das die Bildgebung mit Hilfe einer mechanisch rotierenden FFL realisiert. Schlüsseleigenschaft dieses Systems sind eine äußerst geringe Komplexität und geringe infrastrukturelle Anforderungen. Schließlich wird eine neuartige Magnetanordnung eingeführt. Dieses Konzept vereint hohe räumliche Auflösung, geringe Komplexität und Echtzeitbildgebung.
Aktualisiert: 2023-03-21
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Lernen spärlicher Repräsentationen für die verbesserte MPI-Rekonstruktion
Die Magnetpartikelbildgebung (engl. Magnetic Particle Imaging – MPI) ist ein bildgebendes Verfahren, das die Konzentration superparamagnetischen Materials in einem Volumen quantitativ darstellt. Aktuell wird das Bild aus der gemessenen, verrauschten Spannung mittels iterativer Methoden rekonstruiert. Diese Methoden bieten durch Regularisierung die Möglichkeit, das Rauschen zu verringern. Das geschieht aber auf Kosten der Auflösung der Bilder. In diesem Werk wird die MPI-Rekonstruktion um einen zusätzlichen Entrauschungsschritt erweitert. Dafür wird das Bild zunächst mit dem Kaczmarz-Algorithmus rekonstruiert. Auf das Bild wird eine für MPI angepasste Variante eines mit spärlichen Repräsentationen arbeitenden Entrauschungsalgorithmus (expected patch log likelihood mit spärlichem Prior) angewendet. Die Simulation einer MPI-Rekonstruktion zeigt, dass die Bilder aus der Kaczmarz-Rekonstruktion mit der vorgestellten Methode verbessert werden können. Als beste Wahl erweist sich ein auf Beispielen gelerntes Wörterbuch, das über die Iterationen konstant gehalten wird. Der Algorithmus zeigt ein stabiles Verhalten und ist robust gegenüber verschiedenen Rauschniveaus.
Aktualisiert: 2023-03-21
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Imperfektionen bei Magnetic Particle Imaging
Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein neuartiges Bildgebungsverfahren, das es erlaubt, eine dreidimensionale Verteilung von superparamagnetischen Eisenoxidpartikeln in Echtzeit zu visualisieren. Sowohl technische Limitierungen in der Instrumentalisierung als auch Abweichungen von der idealisierten Theorie von MPI führen zu einer verringerten Bildqualität sowie Fehlinterpretationen der Bilddaten.
In dem Werk von Dr. Alexander Weber werden die negative Effekte dieser Imperfektionen mittels mathematischer Methoden behandelt. Bei den untersuchten Imperfektionen handelt es sich um die Inhomogenität und Stromabhängigkeit der statischen Magnetfelder, das Rauschen auf der MPI-Systemmatrix, den Einfluss von Partikeln außerhalb des intrinsisch sensitiven Bereichs sowie den Leckeffekt, der bei der Anwendung der diskreten Fouriertransformation auftritt.
Aktualisiert: 2023-03-21
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Bildgebungskonzepte für Magnetic Particle Imaging
Dieses Buch beschäftigt sich mit verschiedenen Bildgebungskonzepten und Rekonstruktionsansätzen für große Bildgebungsvolumen bei Verwendung des ›Magnetic Particle Imaging‹ (MPI). MPI ist ein neues und innovatives medizinisches Bildgebungsverfahren, das die Visualisierung magnetischer Nanopartikel erlaubt. Werden solche Partikel in den menschlichen Organismus eingebracht, können diese mit Hilfe von den bei MPI verwendeten Magnetfeldern sichtbar gemacht werden. So entsteht eine Vielzahl an zukunftsweisenden diagnostischen Möglichkeiten.
Die technische Realisierung eines MPI-Gerätes sowie medizinische Sicherheitsaspekte limitieren jedoch die inhärente Größe des Bildgebungsvolumens. In diesem Buch werden aktuelle Forschungsergebnisse vorgestellt, die eine Vergrößerung des Volumens in den gegebenen Rahmenbedingungen ermöglichen und gleichzeitig eine schnelle und somit effektive Bildrekonstruktion für eine klinische Perspektive liefern. Die entstandenen Methoden stellen dabei wichtige Meilensteine für die Weiterentwicklung der Bildgebung mit MPI dar.
Aktualisiert: 2023-03-21
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Computertomographie mit quantenzählenden Detektoren
Dieses Buch befasst sich mit dem Einsatz quantenzählender Detektoren in der klinischen Bildgebung mit Computertomographen. Neben einer Einführung in die grundlegende Physik zählender Detektoren, liegt der Fokus auf der Darstellung der Vorteile dieser Technologie gegenüber konventionellen Detektoren:
Zählende Detektoren ermöglichen bei verringerter Strahlendosis eine äquivalente Bildqualität. Sie lösen inhärent die einfallende Röntgenstrahlung spektral auf. Daher enthalten mit diesen Detektoren gewonnene Daten mehr Information, im Vergleich zu jenen etablierter Detektoren.
In diesem Buch werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie diese Vorteile genutzt werden können, um die Bildqualität in der klinischen Computertomographie zu verbessern sowie die Patientenbelastung durch Röntgenstrahlung zu verringern. Den Kern des Werks bildet ein speziell auf die Daten zählender Detektoren angepasster Algorithmus zur Rekonstruktion von Bildern einzelner Materialanteile des gescannten Objekts.
Aktualisiert: 2023-03-21
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Bildgebungskonzepte für Magnetic Particle Imaging
Dieses Buch stellt den weltweit ersten mehrdimensionalen asymmetrischen Magnetic Particle Imaging (MPI) Scanner vor. MPI nutzt zur Bildgebung die nichtlineare Magnetisierungskurve eines superparamagnetischen Tracermaterials. Die Lokalisation dieses Tracermaterials ist mit sehr guter Auflösung und hoher Sensitivität in Echtzeit möglich. Zur Validierung des MPI-Scanners wurden mehrdimensionale Phantome vermessen und rekonstruiert. Zusätzlich wurden Messungen an biologischem Material durchgeführt und Möglichkeiten geschaffen, zukünftig in-vivo-Modelle zu untersuchen. Denkbar ist ein Einsatz dieser innovativen Scannertopologie in der minimal-invasiven Chirurgie durch ein Konzept zur Verkleinerung der Scannergeometrie.
Ein medizinisches Anwendungsszenario dieses Scanners liegt in der Lokalisation des Wächterlymphknotens beim Mammakarzinom. In Zukunft könnte so auf die Verwendung von radioaktivem Tracermaterial verzichtet werden.
Aktualisiert: 2023-03-21
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Bildgebungskonzepte für Magnetic Particle Imaging
Dieses Buch stellt den weltweit ersten mehrdimensionalen asymmetrischen Magnetic Particle Imaging (MPI) Scanner vor. MPI nutzt zur Bildgebung die nichtlineare Magnetisierungskurve eines superparamagnetischen Tracermaterials. Die Lokalisation dieses Tracermaterials ist mit sehr guter Auflösung und hoher Sensitivität in Echtzeit möglich. Zur Validierung des MPI-Scanners wurden mehrdimensionale Phantome vermessen und rekonstruiert. Zusätzlich wurden Messungen an biologischem Material durchgeführt und Möglichkeiten geschaffen, zukünftig in-vivo-Modelle zu untersuchen. Denkbar ist ein Einsatz dieser innovativen Scannertopologie in der minimal-invasiven Chirurgie durch ein Konzept zur Verkleinerung der Scannergeometrie.
Ein medizinisches Anwendungsszenario dieses Scanners liegt in der Lokalisation des Wächterlymphknotens beim Mammakarzinom. In Zukunft könnte so auf die Verwendung von radioaktivem Tracermaterial verzichtet werden.
Aktualisiert: 2023-03-21
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Computertomographie mit quantenzählenden Detektoren
Dieses Buch befasst sich mit dem Einsatz quantenzählender Detektoren in der klinischen Bildgebung mit Computertomographen. Neben einer Einführung in die grundlegende Physik zählender Detektoren, liegt der Fokus auf der Darstellung der Vorteile dieser Technologie gegenüber konventionellen Detektoren:
Zählende Detektoren ermöglichen bei verringerter Strahlendosis eine äquivalente Bildqualität. Sie lösen inhärent die einfallende Röntgenstrahlung spektral auf. Daher enthalten mit diesen Detektoren gewonnene Daten mehr Information, im Vergleich zu jenen etablierter Detektoren.
In diesem Buch werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie diese Vorteile genutzt werden können, um die Bildqualität in der klinischen Computertomographie zu verbessern sowie die Patientenbelastung durch Röntgenstrahlung zu verringern. Den Kern des Werks bildet ein speziell auf die Daten zählender Detektoren angepasster Algorithmus zur Rekonstruktion von Bildern einzelner Materialanteile des gescannten Objekts.
Aktualisiert: 2023-03-21
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Einführung in die Computertomographie
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