B.Sc. Medizintechnik. Kompetenzfeld Sensorsignalverarbeitung

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Anna Schmitt
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1 Kompetenzfeld Sensorsignalverarbeitung Prof. Dr.-Ing. B. Yang Prof. Dr.-Ing. M. Berroth

2 Module des Kompetenzfelds Zwei Module: Signale und Systeme, Prof. Yang WS, 4SWS, 6LP Grundlagen für Signalverarbeitung (SW) Schaltungstechnik, Prof. Berroth WS + SS, 6SWS, 6LP Schaltungstechnik 1 (V/Ü) im WS Schaltungstechnik 2 (V) im SS Grundlagen für elektrische Sensoren (HW)

3 Signale und Systeme: Inhalte der Module Was sind Signale und Systeme? Analyse analoger und digitaler Signale und Systeme im Zeitbereich und Frequenzbereich Fourier-Transformation Theorie der linearen Systeme Schaltungstechnik: Frequenzgänge und Ortskurven Grundzüge der Vierpoltheorie Netzwerkanalyse bei periodischer Anregung Laplace-Transformation Transistor- und Operationsverstärkerschaltungen

4 Medizinische Signalverarbeitung

5 Was ist Signalverarbeitung? Information für Anwendungen Signalverarbeitung signals + system models + math. methods + HW/SW Signale, Messungen Sensor Erfassung Object of interest

6 Anwendungen der Signalverarbeitung Sprache Bild Komm. Auto Messtech. Audio Video Radar Medizin Signalverarbeitung

7 zwischen Zusammenarbeit mit Uni. Tübingen Uni. Stuttgart, Prof. Yang Uni. Klinik Tübingen, Radiologie (Prof. Nikolaou, Prof. Schick, Prof. Bamberg, Dr. Gaditis, ) Uni. Klinik Tübingen, HNO (Prof. Gummer) in Form von gemeinsamen DFG-Projekten gemeinen Promotionen gemeinsamen studentischen Arbeiten bisher mehr als 50 (BA, SA, MA)

8 Beispiele medizinischer Signalverarbeitung (1) Sensor: Kernspin-Tomograph (MRT) Signal: MRT-Spektroskopie Aufgabe: Untersuchung der Struktur von Molekülen und Stoffzusammensetzung

9 Beispiele medizinischer Signalverarbeitung (2) Sensor: MRT Signal: Ganzkörper-MRT-Aufnahmen Aufgabe: Automatische Segmentierung vom Fettgewebe zur Diagnose von Diabetes

10 Beispiele medizinischer Signalverarbeitung (3) Sensor: MRT-PET Signal: MRT- und PET-Aufnahmen Aufgabe: Bewegungskorrektur, Compressive Sensing PET Original Unkorrigiert Korrigiert

11 Beispiele medizinischer Signalverarbeitung (4) Sensor: MRT-PET Signal: MRT- und PET-Aufnahmen Aufgabe: Gewebsklassifizierung, autom. Krebserkennung

12 Beispiele medizinischer Signalverarbeitung (5) Sensor: MRT Signal: MR-Bilder Aufgabe: Evaluation von MR-Bildqualität

13 Spezialisierungsfach M.Sc. Medizintechnik Bildgebende Verfahren und Sensorsignalverarbeitung Prof. Yang: Detection and pattern recognition Prof. Yang: Deep learning Dr. Lauer (Siemens Medizintechnik): Technologien der medizinischen Bildgebung und Labordiagnostik Prof. Ott, Digitale Bildverarbeitung Praktikum 1: Medizinische Bildverarbeitung (neu) Praktikum 2: Mustererkennung (Krebserkennung aus MRI-Bildern)

14 Beispiele für Schaltungsentwicklungen im Bereich Medizintechnik

15 Schaltungsentwicklung Besondere Anforderungen in der Medizintechnik: Sicherheit für Patient und Arzt (z.b. Defibrilator) Zuverlässigkeit (z.b. Herzschrittmacher!) Kompakte Bauweise Niedriger Energieverbrauch Einfache Bedienbarkeit Einfache Konfiguration

16 Entwicklungszyklus Idee / Konzept Hardware Software Prototyp 1 Prototyp

17 Einsatzgebiet: Temperaturaufzeichnungsgerät Temperatur-Überwachung von Blutkonserven

18 Einsatzgebiet: Elektrolarynx Sprechhilfe für Patienten ohne Kehlkopf Microcontroller (flexibel konfigurierbar) Bluetooth Funkmodul (keine Steckverbinder, Hygiene!)

Ein-Chip-Labor http://www.ibvt.uni-stuttgart.de/infrastruktur/analytik/index.html Yang K, Peretz-Soroka H, Liu Y, Lin F.

19 Ein-Chip-Labor Yang K, Peretz-Soroka H, Liu Y, Lin F., Novel Developments of Mobile Sensing Based on the Integration of Microfluidic Devices and Smartphone, Lab on a chip, 2016; Vol.16, No. 6, pp doi: /c5lc01524c Ergebnisdarstellung Mikrofluidik Mikrooptische Sensoren Mikroelektronische Sensoren Mikromechanische Sensoren O/E Umsetzung M/E Umsetzung A/D Umsetzung A/D Umsetzung A/D Umsetzung Schnittstelle Kabel / Drahtlos Signalerfassung Signalaufbereitung Signalauswertung z.b. Smartphone

20 IC-Entwurfszyklus CAD-Labor Konzept Schaltplan Simulation Layout Halbleiterfabrik

21 IC-Entwurfszyklus Halbleiterfabrik Messlabor INT On-wafer Probes Messtechnik Aufbautechnik Charakterisierung

22 Im Messlabor

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