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Gregor Von Gunten
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Lernende 6 Lernende
Sprache Deutsch
Stufe Grundschule
Erstellt / Aktualisiert 27.12.2017 / 31.03.2020
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Welches Verfahren?

PET / CT

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Sonographie (Ultraschall US)

Physik

- Physik: Ausbreitung von Schallwellen in Materie: a) Reflexion an
Grenzflächen bzw. bei Impedanz-Aenderung, b) Doppler-Effekt.

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US : Bilderzeugung

- Bilderzeugung: 2D Aufzeichnung (Schnitt-Bild) mittels Rekonstruktion
(Tiefenberechnung aus Echozeiten) auf der Basis von Array-Daten
(1-dim. US-Wandler). 3D Aufzeichnung auf der Basis der 2D Auf-
zeichnungen durch rasches Schwenken des Sensor-Kopfes

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US: Messwert

- Messwert: punktuelle a) Impedanz-Aenderung bzw. Dichte-Aenderung
b) Bewegung (Geschwindigkeit in Schallrichtung)

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US: Aspekte betreffend Medizin

- morphologische & funktionale Bildgebung
- Knochen: schlecht; Gewebe: gut; Gefässe gut
- Durchfluss (Gefässe), Bewegung (z.B. Herzgewebe)
breite Anwendung (Abdomen, Herz, Lymphknoten,
Nieren, Gefässverengung, Augen, Schwangerschaft, …)
- Strahlen-Belastung: keine
- psychische Belastung: gering, keine Stillhaltephase

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US: Bilddaten und Darstellung

- 2D/3D-Bilddaten, Schnittbilder
- Image-Size: ~512 x 512; Ortsauflösung: ~1 mm
- B-Mode (Brightness): Pixel hell >> Gewebe-Aenderung, inhom. Gewebe
>> hell: Organgrenzen, Gewebe-Textur
>> dunkel: Wasser, Blut
- D-Mode (Dopper): Pixel hell >> hohe Blutströmung, Gewebe-Bewegung


US-Bilder besitzen hohes Bildrauschen bzw. Speckle-Muster (dies sind
Interferenzmuster von Streuwellen an mikro Inhomogenitäten)

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Welches Verfahren?

US

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Was erfasen funktionale bildgebende Verfahren? Und wie machen sie das?

Erfassen Stoffwechsel-Prozesse

Mit sichtbarmachung einer radioaktiven Substanz, die dem Körper verabreicht wurde.

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Sind sämtliche Lokalen Operatoren durch Filtermasken beschreibbar? Falls nicht,
geben Sie die Klasse der Operatoren mit Filtermaske an.

Sind sämtliche Lokalen Operatoren durch Filtermasken beschreibbar? Falls nicht,
geben Sie die Klasse der Operatoren mit Filtermaske an.

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Anwendungen: Raumtransformationen

- Korrektur von Abbildungsfehlern (Robotik, Medizin, …)
- Matching von Satelliten-Bildern (Geographie)
- Bild-Registrierung (Medizin, …)
- Visualisierung (Medizin, …)
- Augmented Reality (Medizin, …)

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Pixel bilden die Bausteine eines Bildes - bei Ortsraum-Darstellung. Welches sind
die Bausteine eines Bildes bei Frequenzraum-Darstellung?

Ebene-Wellen

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Zählen Sie mindestens zwei Anwendungsbeispiel auf (ausserhalb der bereits
bekannten Filter-Methoden wie Glätten, Kantendetektion, Unsharp-Masking)

- Elimination von periodischen Störungen
- Datenkomprimierung

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Auf ein Bild A mit Format MxN wird die komplexe Fourier Transformation
A ->B = F{A) angewendet.

Welches ist die maximale Frequenz in x- und y- Richtung?

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Welche Auswirkungen haben die folgenden Operationen im Ortsraum auf das
Fourier-Spektrum eines Bildes:
a) Glättung
b) Schärfung mit Unsharp-Masking

a) Eine Glättung im Ortsraum ist mit einer Tiefpass-Filterung im Frequenzraum
verknüpft. D.h. die hohen Frequenzen werden eliminiert.
b) Eine Schärfung des Bilds ist mit dem Anheben von Detail wie Kanten
verbunden, und diese sind stets mit hohen Frequenzen verknüpft. D.h. hohe
Frequenzen werden angehoben, tiefe bleiben gleich.

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Processing mit LOG Filter:

- für was steht LOG:

Laplace of Gauss

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Erklären Sie die Begriffe: a) Rasterung, b) Quantisierung.

- mit Rasterung wird die Diskretisierung des Bildbereichs bezeichnet
- mit Quantisierung wird die Diskretisierung des Signalwertebereichs bezeichnet

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Was versteht man unter a) Pixel, b) Pixelwert?

mit Pixel wird ein Bildpunkt (mit räumlicher Ausdehnung) bezeichnet
mit Pixelwert wird der Signalwert eines Pixels bezeichnet

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Stehen Pixelwert und Grauwert für dieselbe Grösse (betrachten Sie fotografische bzw.
medizinische Bilddaten)?

der Grauwert steht für den Pixelwert eines Grauwertbildes (skalare Grösse)
[streng betrachtet der Pixelwert eine Grafik / Grafik-Karte => positive Zahl]

der Pixelwert ist allgemeiner und kann mehrwertig und auch negativ sein
[Pixelwert eines RGB-Bildes ist eine Farbe, diese wird mit 3 Zahlen angegeben]

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Wie wird ein Grauwertbild mathematisch beschrieben, wenn der Bildbereich a)
kontinuierlich, b) gerastert ist.

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Wie viele verschiedene Pixel-Nachbarschaften gibt es a) bei 2D und b) bei 3D
Bilddaten. Geben Sie die jeweilige Nachbar-Anzahl an.

2D-Bild: 4er Nachbarschaft, 8er Nachbarschaft
3D-Bild: 6er Nachbarschaft, 18er Nachbarschaft, 26er Nachbarschaft

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Was ist ein Binärbild?

ein Bild mit nur zwei Pixelwerten, z.B. 0 und 1.

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Welche Problematik steckt in der Wahl der Pixel-Nachbarschaft. Erklären Sie diese
am Beispiel der Gebietserfassung eines Objekte durch ein Binärbild.

je nach Nachbarschaft kann ein Objekt
- unterschiedlich viele Löcher besitzenn
- eine unterschiedliche Kontur (Berandung) besitzen

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Was lässt sich mit den folgenden statistischen Messgrössen über ein Bild aussagen?
a) Mittelwert, b)Standardabweichung, c) Entropie

- Mittelwert: Mass für Bild-Helligkeit (Wahrnehmung, subjektive Grösse)
- Standardabweichung: Mass für Kontrast (Wahrnehmung, subjektive Grösse)
- Entropie: Mass für erforderliche Bit-Tiefe der Signalwert-Erfassung

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Was ist ein Kanalbild? Und sind RGB-Bilder und Volumendaten auch Kanalbilder?

- ein k-Kanalbild ist ein Array mit k 2D-Bildern (mit gleichem Format)
>> ein RGB-Bild ist ein 3-Kanal-Bild
>> ein Volumendatensatz mit n-Slices ist ein n-Kanal-Bild.

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Welche physikalische Information steckt im Pixelwert eines a) fotografischen Bildes
und b) eines Röntgen-Bildes?

Photographie: bei konstanter Lichtquelle ist der Pixelwert ein Mass für das
lokale Reflexionsvermögen des abgebildeten Objektes (Oberflächenfarbe).
Primär wird vom Sensor die Lichtintensität der einfallenden Strahlung erfasst,
und diese setzt sich beim Betrachten von Objekten durch das
Reflexionsvermögen der Objekte und dem Spektrum der Licht-Quelle (Sonne)
zusammen.
Röntgen: bei konstanter Intensität der Röntgenquelle ist der Pixelwert ein Mass
für die Abschwächung der Röntgenstrahls in der Materie (wobei die Abschwächung
nicht linear zur Schichtdicke ist).
Primär wird die Intensität des einfallenden Röntgenstrahls erfasst, und dieser
wird durch die Röntgenquelle und die Abschwächung in der Materie bestimmt.
Hohe Pixelwerte korrelieren mit geringer Strahlung, dies ist historisch bedingt.

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Warum werden Röntgenbilder logarithmiert?

Durch Logarithmieren erhält man eine lineare Beziehung zwischen der
kumulierten Abschwächung (Materialgrösse) und der logarithmierten
Strahlungsintensität (Messgrösse).
Bei homogenem Material ergibt sich zudem ein linearer Zusammenhang
zwischen Schichtdicke und der logarithmierten Strahlungsintensität.

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Erklären sie den Unterschied zwischen Bild und Bilddaten.

Bilddaten steht für physikalische Messdaten (Messsystem >> Pixelwerte)
Bild steht für Grafik bzw. Visualisierung (Display >> Grau-, Farbwerte)
Pixelwerte können in einem beliebigen Wertebereich liegen, dagegen liegen die
Grauwerte im Bereich der Grafikkarte, meist {0, … , 255}. Oft deckt die Bit-
Tiefe der Grafikkarte die Bit-Tiefe der Messdaten nicht ab => Windowing.
Wird ein Bilddatensatz über das Bild (Visualisierung) analysiert, dann ist
Vorsicht geboten, denn Helligkeit, Farbe, Helligkeitskontraste etc. sind
Wahrnehmungsgrössen (keine physikalische Grössen). D.h. es kommen
physiologische und psychologische Aspekte hinzu => Täuschungen.

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Wie prüfen Sie bei einem Bild, ob die Farbtiefe effektiv ausgeschöpft wird?

Berechnung der Entropie: Liegt diese deutlich unter der Bit-Tiefe des
Bilddatensatzes, lassen sich die Pixelwerte mit weniger Bits beschreiben
(Verlustfrei Komprimierung)

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4er Nachbarschaft: >> 2 Objekte, ohne Löcher
8er Nachbarschaft >> 1 Objekt, mit 2 Löckern

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