Simulierte Ultraschallbildgebung und in der medizinischen Diagnostik auftretende Artefakte

Diplomarbeit aus dem Jahr 1997 im Fachbereich Informatik - Angewandte Informatik, Note: sehr gut, Universität Karlsruhe (TH) (Algorithmen und Kognitive Systeme), Sprache: Deutsch, Abstract: 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.