3D-Ultraschall aus Ingenieurssicht (Blogreihe: Teil 1)

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Sonografie / 2D-Ultraschall:

Um diesen Artikel zum Thema 3D-Ultraschall näher zu erläutern, müssen wir zunächst erklären was ein medizinischer Ultraschall ist. Medizinischer Ultraschall ist Schall oberhalb des Hörfrequenzbereiches (ca. ab einer Frequenz von 16 kHz bis 1 GHz), man kann ihn deshalb als Mensch nicht hören. Dieser Schall wird in der Sonografie genutzt, um Gewebe und Anatomie innerhalb des menschlichen Körpers sichtbar zu machen. Der Vorgang wird Bildgebung genannt und dient der medizinischen Diagnostik. Es funktioniert ganz gut, denn unsere verschiedenen Organe und Gewebsschichten haben unterschiedliche Schallgeschwindgkeiten c, die dazu führen, dass sich der Schall unterschiedlich schnell ausbreitet und dass er  an bestimmten Grenzen der Organe unterschiedlich gestreut oder reflektiert wird.

Beim sogenannten Puls-Echo-Verfahren wird die Amplitudenintensität des reflektierten Schall gemessen und es ergeben sich somit unterschiedliche Signale für unterschiedliche Organe. Im B-Mode Verfahren werden diese in Grau-Wert Helligkeitspixel übersetzt und man erhält ein sogenanntes 2D-Ultraschall Bild:Watch movie online The Transporter Refueled (2015)

Abbildung 1: 2D-Ultraschall eines menschlichen Fötus von neun Wochen (Quelle: Wikipedia)

Der 2D-Ultraschall wird nicht nur in der Frauenheilkunde / Geburtshilfe verwendet, sondern kommt in den unterschiedlichsten Bereichen der Medizin vor (z.B. Urologie, Orthopädie, Neonatalogie, etc.) und ist aufgrund der nicht vorhandenen Strahlenbelastung eines der wichtigsten bildgebenden Verfahren in der Medizin. Wird das Bild des 2D-Ultraschall ständig aktualisiert, spricht man vom Echtzeit-Ultraschall, was zum Beispiel die Ansicht der Bewegung des Fötus ermöglicht.

3D-Ultraschall:

Was ist der Unterschied zwischen 2D und 3D-Ultraschall? Ganz einfach: 3D-Ultraschall bedeutet nur, dass ganz viele Schichten im Sinne eines 2D-Ultraschall gemessenen werden. Diese Schichten decken dann ein ganzes Volumen (z.B. Uterus) des menschlichen Körpers ab. Diese Volumenmessung ermöglicht die Oberflächenbestimmung einzelner Gewebe, z.B. die Haut des Fötus, welche dann dreidimensional dargestellt werden kann:

Baby Print 3D ultraschall

Abbildung 2: 3D-Ultraschall (noch nicht druckbar) eines menschlichen Fötus von 32 Wochen

3D-Ultraschall und Baby Print 3D:

Was wird nun benötigt, um aus einem 3D Ultraschall einen 3D Druck anzufertigen? (Informationen für dich als Kunden findest du hier) Unsere BabyPrint3D Software berechnet aus den Volumendaten des Ultraschalls ein druckfähiges Hüllenmodell automatisiert. Das ist einzigartig und so bislang noch nirgends so im Web verfügbar. Aber warum ist das so schwer? Der Algorithmus ist sehr komplex und muss in endlicher Zeit fertig sein. Des Weiteren müssen die Daten entsprechend vorbereitet werden:

\ y = \sum_{k=-\infty}^{\infty} h^*[k] x[k] = h^\mathrm{H}x = h^\mathrm{H}s + h^\mathrm{H}v = y_s + y_v.                                                                                             Quelle: Wikipedia

Probiere unsere Software aus, es sind einige Testdaten vorhanden. Nach der Berechnung entsteht ein druckfähiges Hüllenmodell:

Baby Print 3D sample

Abbildung 3: Druckfähiges Hüllenmodell eines 3D-Ultraschall berechnet mit der Software von BabyPrint3D

Danach kann das Modell bestellt und gedruckt werden, viel Spass damit:

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Abbildung 4: Fertiger 3D Druck, gedruckt mit BabyPrint3D
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