Biomedizinische Technik und Medizinische Informatik

Internetzpräsenz der Labore Automatisierung und Biomedizin sowie Medizintechnik

Labor: Räume 1.U.27 und 1.U.28

Lehre

Die Medizintechnik entwickelt und fertigt Produkte, Geräte, Analysemethoden und Verfahren zur Prävention, Diagnose und Therapie von Krankheiten. Dabei verbindet sie interdisziplinär verschiedene Gebiete der Ingenieurs- und Lebenswissenschaften. In der Medizintechnik findet verstärkt der Einzug modernster elektronischer und informationstechnischer Systeme statt. Zudem zeichnet sich die Medizintechnik besonders dadurch aus, dass Geräte im Hinblick auf Patientenschutz, Sicherheit und Nachverfolgbarkeit entwickelt werden müssen. Durch den Einzug neuster Digital und Sensortechnologien in das medizinische Umfeld bietet sich ein hohes Innovationspotential für die Zukunft. Das Studium des Moduls Medizintechnik an der THWS beschäftigt sich vorrangig mit der Elektro- und Informationstechnik unter den Gesichtspunkten medizintechnischer Anwendungen. Aufgrund des starken Bezugs zur Informationstechnik gibt es Synergien mit der Nachrichtentechnik und der Automatisierungstechnik.

Bildgebende Systeme I und Praktikum Digitale Bildverarbeitung

Modulinhalte
  • Aufbau und Funktion von bildgebenden nicht tomographischen Systemen im optischen Spektralbereich, Röntgen und Gammaspektrum,
  • Charakterisierung der Bildqualität im Orts- und Frequenzraum (Auflösung, Kontrast, Punktbildfunktion, optische Übertragungsfunktion, Modulationsübertragungsfunktion),
  • Mathematische Analyse von bildgebenden Systemen für die Medizin,
  • Standards in der Bildgebung, speziell in der medizinischen Bildgebung (DICOM),
  • Quantitative globale Charakterisierung von Bildmatrizen,
  • Globale Bildtransformationen (Faltung, Korrelation, FFT, ...),
  • Zweidimensionale optische Filterung, · Segmentierung,
  • Morphologische Operationen,
  • Entwicklung und Implementierung von Programmen zur digitalen Bildverarbeitung mit Matlab.
Lernergebnisse

Die Studierenden kennen den Aufbau und die Funktionsweise von bildgebenden nicht tomographischen Systemen. Sie verstehen die Zusammenhänge zwischen fundamentalen physikalischen Prozessen und der Bildentstehung.
Die Teilnehmenden analysieren bildgebende Systeme und berechnen deren charakteristische Eigenschaften und verstehen die Wirkung grundlegender Methoden der digitalen Bildverarbeitung. Sie analysieren digitale Bilder und verbessern die Bildqualität mit Methoden der digitalen Bildverarbeitung.

Bildgebende Systeme II und Praktikum Bildgebende Systeme

Modulinhalte
  • Hardwareaufbau und Funktionsweise von bildgebenden tomographischen Systemen,
  • Mathematische Grundlagen der Tomographie (RadonTransformation, Inverses Problem),
  • Computertomographie (CT),
  • Tomographische Bildgebung im Gammabereich (SPECT),
  • Positronen-Emissions-Tomographie (PET),
  • Magnetresonanztomographie (MRT),
  • Rekonstruktionsverfahren (Algebraische Rekonstruktionstechnik, Gefilterte Rückprojektion, Fouriermethoden),
  • Simulation der Bildentstehung mit MATLAB
Lernergebnisse

Die Studierenden kennen den Aufbau und die Funktionsweise von tomographischen bildgebenden Systemen. Sie verstehen die Konzepte der Bildrekonstruktion aus den detektierten Messwerten. Sie analysieren und quantifizieren die Unterschiede verschiedener Tomographieverfahren. Sie sind befähigt, die unterschiedlichen Techniken der tomographischen Verfahren mit physiologischen und pathologischen Anforderungen in der Medizin in Relation zu setzen.
Die Teilnehmenden simulieren numerisch die Funktionsweise von tomographischen Rekonstruktionsverfahren und bildgebenden Messtechniken und bewerten die berechneten Ergebnisse. Hierzu entwickeln und implementieren sie die notwendigen Programmcodes mit Matlab, einer modernen mathematischen Simulations- und Visualisierungsumgebung.

Biomedizinische Messtechnik I und Praktikum Biomedizinische Messtechnik

Modulinhalte
  • Überblick über ausgewählte humanphysiologische Regelsysteme,
  • Sensorik zur biomedizinischen Messtechnik I,
  • Erfassung und Auswertung von nichtelektrischen Biosignalen,
  • Analoge und digitale Signalanalyse I,
  • Temperaturmesstechnik,
  • Messung hämodynamischer Parameter,
  • Pulmologische Funktionsdiagnostik,
  • Optische Messtechnik,
  • Atemgas-Messtechnik
  • Metabolisches Monitoring,
  • Ultraschallmesstechnik,
  • Audiometrie,
  • Praktische Laborarbeit mit biomedizinischen Messsystemen.
Lernergebnisse

Die Studierenden kennen wichtige biomedizinische Messverfahren, Sensoren und Messsysteme zur Datenaufnahme, Signalverarbeitung und Interpretation von nichtelektrischen physiologischen Systemparametern. Sie verstehen die Zusammenhänge zwischen physiologischer Funktion und Messtechnik.
Die Teilnehmenden vergleichen verschiedene biomedizinische Messsysteme und Messmethoden. Sie sind in der Lage, die Messmethoden quantitativ zu beurteilen und zu berechnen.
Die Teilnehmenden lernen in Form praktischer Laborarbeit den Aufbau und Umgang mit biomedizinischen Messsystemen, und sie führen quantitative Auswertungen der Messdaten durch.

Biomedizinische Messtechnik II und Praktikum Biomedizinische Messtechnik II

Modulinhalte
  • Überblick über ausgewählte humanphysiologische Regelsysteme,
  • Erfassung und Auswertung von elektrischen Biosignalen,
  • Analoge und digitale Signalanalyse II,
  • Elektrische Sicherheit in der biomedizinischen Messtechnik,
  • Schaltungsentwicklung von elektronischen und optoelektronischen Schaltungen der biomedizinischen Messtechnik,
  • Elektrokardiographie,
  • Myographie, Elektroenzephalographie und evozierte Potentiale,
  • Pulsoxymetrie,
  • Infrarot-Spektroskopie,
  • Temperaturmesstechnik,
  • Praktische Laborarbeit mit biomedizinischen Messsystemen.
Lernergebnisse

Die Studierenden kennen und charakterisieren wichtige biomedizinische Messverfahren, Sensoren und Messsysteme zur Datenaufnahme, Signalverarbeitung und Interpretation von physiologischen Systemparametern mit bioelektrischem Ursprung. Sie verstehen die Zusammenhänge zwischen physiologischer Funktion und Messtechnik bzw. Elektronik.

Die Teilnehmenden kennen die einschlägigen Normen zur elektrischen Sicherheit bei der Konstruktion von biomedizinischen Messsystemen. Sie analysieren und entwerfen elektronische und optoelektronische Schaltungen zur Biosignalaufnahme und Signalverarbeitung.

Die Studierenden lernen in Form praktischer Laborarbeit den Umgang mit biomedizinischen Messsystemen, und sie führen quantitative Auswertungen der erhaltenen Messdaten durch.

Medizinische Informationssysteme und Praktikum Medizinische Informationssysteme

Modulinhalte
  • Überblick über Aufgaben und Ziele von Gesundheitsystemen
  • Medizininformatik-Initiative (MII) Deutschland
  • Repräsentation und Organisation von Daten
  • SQL-Datenbanksysteme
  • Medizinische Begriffsbestimmungen und Klassifikationssysteme (ICD-10, OPS, SNOMED-CT, LOINC)
  • Aufbau und Funktion von Rechnernetzwerken
  • Kommunikationsstandards DICOM, HL7, xDT
  • Struktur und Referenzmodelle für Krankenhausinformationssysteme (KIS)
  • FHIR - Fast Healthcare Interoperability Resources
  • Elektronische Patientenakte (ePA)
  • Cybersecurity bei Medizinprodukten
Lernergebnisse

Die Studierenden ...

  • erhalten Einblick in die Organisation von Gesundheitssystemen, den zugrundeliegenden Vergütungssystemen, und zukünftigen Herausforderungen.
  • können die Bedeutung der Medizininformatik für das Gesundheitswesen nachvollziehen.
  • lernen unterschiedliche Daten, deren Formate, und relationale Datenbanken kennen.
  • verstehen die Notwendigkeit und die unterschiedlichen Arten der medizinischen Dokumentation.
  • erlernen den Umgang mit Kommunikationsstandards im Gesundheitswesen.
  • erlangen die Fähigkeit die medizinische Dokumentation im Rahmen von klinischen Informationssystemen einzuordnen.
  • erhalten Einblick in zukünftige Trends und Kommunikationsstandards für Digital Health.

Physiologie I und Analysentechnik I mit Praktikum

Modulinhalte
  • Bauplan biologischer Zellen,
  • Komponenten biologischer Zellmembranen,
  • Transkription und Translation,
  • Enzymkinetik,
  • Transportvorgänge,
  • Stoffwechsel von Zellen und Organismen,
  • Potentialbildung,
  • Analytik im klinischen Bereich I,
  • Zuverlässigkeit klinischer Tests (diagnostische Sensitivität, diagnostische Spezifität),
  • Reaktionskinetik,
  • Bau und Bezug von Bezugselektroden,
  • Leitfähigkeitsmessung,
  • pH-Messung,
  • Osmometrie,
  • Spektroskopische Methoden I,
  • Laborexperimente in der Analysentechnik.
Lernergebnisse

Die Studierenden erlangen ein Grundverständnis zu den Grundlagen der Biochemie und Zellphysiologie. Sie kennen den Aufbau und die elementaren Funktion von biologischen Zellen.
Gleichzeitig erlangen sie Kenntnisse über Methoden und Analysegeräte in der klinischen Analytik.
Die Teilnehmer verstehen und analysieren die Zusammenhänge zwischen physiologischen Zellfunktionen und analytischen Messtechniken. Sie wenden verschiedene Analysemethoden in praktischer Laborarbeit im Rahmen von Experimenten an.

Physiologie II und Analysentechnik II mit Praktikum

Modulinhalte
  • Potentialbildung an Membranen,
  • Neuro- und Muskelphysiologie,
  • Herz-/Kreislauf-System,
  • Atmung,
  • Entgiftung (Niere, Leber),
  • Allgemeiner Stoffwechsel,
  • Analytik im klinischen Bereich II,
  • Spektroskopische Methoden II,
  • Chromatographie,
  • Elektrophorese,
  • Dielektrophorese,
  • Elektrochemische Analyse,
  • Durchführung von Laborexperimenten in der Analysentechnik.
Lernergebnisse

Die Studierenden erwerben Kompetenzen im Bereich der Humanphysiologie. Ausgehend von zellphysiologischen Grundlagen diskutieren sie physiologische Funktionen im Menschen.
Die Teilnehmenden vertiefen daneben Grundkenntnisse über Methoden und Analysegeräte in der klinischen Analytik.
Die Studierenden verstehen und analysieren die Eigenschaften und das Zusammenspiel zwischen physiologischen Organsystemen im Menschen. Sie kennen die Charakteristika der Organe und leiten daraus geeignete Analysemethoden zur Diagnostik ab.
In praktischer Laborarbeit testen und überprüfen die Teilnehmenden die gelernten Zusammenhänge in Experimenten, überwachen die Messvorgänge und werten die erhaltenen Daten aus.

Medizinische Therapiesysteme

Modulinhalte

  • Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung, Partikelstrahlung und elastischen Wellen mit biologischem Gewebe in unterschiedlichen Spektralbereichen,
  • Grundlagen der Strahlentherapie,
  • Aufbau und Funktionsweise von therapeutischen Röntgensystemen,
  • Aufbau und Funktion von medizinischen Beschleunigereinrichtungen (Zyklotron, Synchrotron, Wanderwellen- und Stehwellenbeschleuniger, ...),
  • Grundlagen des Strahlenschutzes,
  • Technik und Applikation der Elektronentherapie,
  • Grundlagen des radioaktiven Zerfalls,
  • Funktionsweisen von Therapieformen mit radioaktiven Substanzen,
  • Strahlentherapie mit schweren geladenen Teilchen,
  • Medizinische Therapie im ultravioletten Spektralbereich,
  • Therapiemethoden im sichtbaren Spektralbereich,
  • Elektrotherapie,
  • Lithotripsie.
Lernergebnisse

Die Studierenden kennen den Aufbau, die Funktion und die Einsatzbereiche von aktuellen ionisierenden und nichtionisierenden medizinischen Therapiesystemen. Sie verstehen die Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Spektralbereiche, von Partikelstrahlung und von elastischen Wellen mit biologischem Gewebe.
Die Teilnehmenden analysieren und beschreiben quantitativ die Funktion von Röntgentherapiesystemen, Teilchenbeschleunigern und Therapiesystemen auf der Basis von radioaktiver Strahlung. Sie konzipieren Therapiesysteme im ultravioletten und im optischen Spektralbereich für unterschiedliche medizinische Anwendungen.
Die Studierenden bewerten technische Verfahren zur Konstruktion von elektrotherapeutischen Systemen. Die Analyse von Therapieverfahren mit elastischen Wellen runden die Betrachtungen ab.

Praktika

 

Die Praktika in der Medizintechnik beschäftigen sich den unterschiedlichsten Themenfeldern der Medizintechnik und vermitteln ein Grundverständnis für Biossignalmesstechnik, Laborarbeit, Analytik, Umgang mit Medizinprodukten und digitaler Signalverarbeitung.

Biosensorik (EKG - Messung, Dipolfelder)

  • Verständnis für den Bau elektronischer Frontends für die Biosignalerfassung
  • Erlernen praktischer Laborarbeit und den Umgang mit biomedizinischen Messsysteme
  • quantitative Auswertungen erhaltener Messdaten

Medizinische Systeme (Dialyse, EKG - Messung, EEG - Messung, Ultraschall, Ergo Spirometrie, Bodyplethysmographie)

  • Umgang und Kennenlernen von fertigen Medizintechnikprodukten
  • Verständnisentwicklung für den Aufbau und Funktionsweise eines Medizintechnikproduktes sowie der verwendeten Messtechnik
  • Erfassung von medizinischen Daten und deren Verarbeitung

Digitale Bild- und Signalverarbeitung

  • Anwendung von und Programmierung in Matlab
  • Umgang mit Daten, wie man sie einliest und darstellt
  • Erlernen grundlegender Bildverarbeitungs- und Visualisierungsverfahren

Biochemie (Zellfusion, Zellrotation, Glucosebestimmung optisch)

Grundsätzlichen Umgang in der Biochemie erlernen und kennenlernen, deren Prozesse und Auswertemethoden. Beschäftigung mit den folgenden Aufgabenpunkten:

  • Zellpräparation
  • Pipettieren
  • Lösungen/Puffer herstellen
  • Elektrische Mess- und Anregungsmethoden (Leitfähigkeit, Zellen im E-Feld, Elektrophorese)
  • Umgang mit Laborausrüstung (Photometer, Zentrifuge, Mikroskop)
  • Analytische Auswertemethoden der Biochemie

 

Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte

Entwicklung, Erforschung neuartiger Systeme in enger Kooperation mit vorrangig lokalen Medizintechnikunternehmen in den folgenden Themenschwerpunkten:

  • hochauflösender Biosignalmesstechnik
  • Softwaretechnik, als auch Mensch - Maschinen Schnittstellen im medizinischen Umfeld
  • Hardware für Microcontroller gesteuerten Sensorikfrontends und Embedded-Systeme
  • Medizinisch einsetzbare Gassensorsysteme für Standartgase wie CO, CO2, CH4, als auch hoch sensitive Systeme zur Spurengasmessung im Atemgas
  • Signalverarbeitung unterschiedlichster biomedizinische und biomechanischer Messdaten
  • Optische Mess-, Diagnose- und Therapiemethoden
  • Analysesysteme für biologische Gewebe, als auch Dialysaten

Im Allgemeinen finden Forschungsprojekte zusammen mit dem Institut für Medizintechnik Schweinfurt statt. Eine ausführlichere Darstellung der Forschungsschwerpunkte, sowie der aktuellen und vergangenen Projekte ist auf der Webseite des IMES zu finden.

 

Ausstattung und Kompetenzen

 

Die Ausstattung des Labors bildet den Interdisziplinären Charakter der Medizintechnik ab und erstreckt sich vom Biochemielabor über medizinische Geräte bis zum Elektroentwicklungslabor. Der Schwerpunkt im Rahmen der Praktika im Studium liegt im Erlernen universeller elektronischer und informationstechnischer Grundfertigkeiten, welche durch Anwendungen in der Medizintechnik praxisnah angeeignet werden.

Elektroentwicklung

  • Ausstattung mit aktuellen Signalerzeugungs-, Signalanalyse- und Messtechnikequipment (Lock-In Verstärker / Impedanz Spektrometer Zurich Instruments, Audioanalysator / Spektrumanalysator Rode und Schwarz, Oszilloskope / Signalgeneratoren Agilent, Tektronix, Teledyne, Active Technologies)
  • Ersa SMD Lötarbeitsplatz
  • Microcontroller Programmierumgebungen (Atmel, Cypress, ST, Texas Instruments)
  • Sowie eine große Standartausstattung für Praktika und Projektarbeitsplätze mit Oszilloskopen, Spannungsquellen, Multimetern, Arduinos, Raspberry Pis, usw.

Biophysiklabor

  • Ausstattung mit den Grundwerkzeugen für die biophysikalische, elektrochemische und biochemische Analytik zur Vertiefung der physiologischen Kenntnisse (Photometer, Zentrifugen, Flüssigkeitschromatographie, Elektrophorese, Thermocycler, Zellfusionskammer, Mikroskope, Cleanbench, CO2 Brutschrank, Pumpensysteme, Pipettiersysteme)

Softwaretechnik

  • Workstations mit Softwareentwicklungsumgebungen wie Microsoft Visual Studio
  • Hochleistungsworkstations für die graphische Datenverarbeitung (Kinect, Kamerasysteme), Entwicklung von KI - Netzen und "big data analytics."

Optiklabor

  • optischen Analyse und Entwicklung von Sensorsystemen (hochempfindliche Spektrometer Systeme, Led-/Laser-/Xenon-/Halogen- Lichtquellen, thermische Proben Stabilisierung, Schwingungsentkoppelter optischer Tisch, Lichtleitfasersysteme)

Medizinische - Datennetze

  • Versuchsaufbau eines sicheren Datennetzes zum Erlernen von Techniken zur Absicherung solcher Netze und Überprüfung deren Sicherheit mittels verschiedener Angriffstechniken (Firewall - Programmierung, Hardening, Verschlüsselung, Zertifizierung, Hacking)

Physiologie Labor

  • Kennenlernen und Versuchsdurchführung mit elektronischen Sensorfrontends zur Messungen bekannter Biosignale im medizinischen Umfeld (EKG, EEG, Ultraschall)

Medizinische Systeme

  • Arbeiten mit klassischen Medizinprodukten im Rahmen von Praktika (Dialysemaschine, Ergo Spirometrie, Bodyplethysmographie, EEG)

 

Team

Name E-Mail Details
Prof. Dr. Jan Hansmann
Kontaktinformationen

Prof. Dr. Jan Hansmann

Technische Hochschule
Würzburg-Schweinfurt
FE
Raum 1.1.20
Ignaz-Schön-Straße 11
97421 Schweinfurt

Telefon +49 9721 940-8696
E-Mail jan.hansmann[at]thws.de

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Benedikt Keßler
Kontaktinformationen

Benedikt Keßler

Technische Hochschule
Würzburg-Schweinfurt
IMES
Raum 1.1.59.7
Ignaz-Schön-Straße 11
97421 Schweinfurt

Telefon +49 9721 940-8759
E-Mail benedikt.kessler[at]thws.de

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Dr. Reiner Schnettler
Kontaktinformationen

Dr. Reiner Schnettler

Technische Hochschule
Würzburg-Schweinfurt
FE
Raum

Schweinfurt

E-Mail reiner.schnettler[at]lehrbeauftragte.thws.de

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Prof. Dr. Norbert Strobel
Kontaktinformationen

Prof. Dr. Norbert Strobel

Technische Hochschule
Würzburg-Schweinfurt
FE
Raum 1.1.59
Ignaz-Schön-Straße 11
97421 Schweinfurt

Telefon +49 9721 940-8768
E-Mail norbert.strobel[at]thws.de

E-Mail anzeigen

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