Archiv für Oktober 2010


Praktikum in der medizinischen Physik

28. Oktober 2010 - 19:07 Uhr

Ich habe die letzte Woche lang ein Praktikum in der medizinischen Physik auf der Strahlentherapie des Uniklinikums hier in Göttingen absolviert. Warum? Nun ja, ich hatte mal überlegt irgendetwas mit Medizintechnik zu machen, viel mehr als ein Gedanke war das bisher aber nicht. Deshalb wollte ich mir das Ganze mal LIVE ansehen, um in etwa abschätzen zu können, ob das etwas für mich ist. Zuerst fragen sich die meisten ja: Was macht ein Physiker im Krankenhaus?! Das weiß ich jetzt:

Als erstes bekommt der Patient auf der Strahlentherapie ein CT. Auf diesem Datensatz markieren dann die behandelnden Ärzte die sogenannten Zielvolumina für die Physiker, also die Bereiche in denen der zu bestrahlende Tumor sitzt. Jetzt macht sich der med. Physiker (MP) an die Arbeit, aus den CT-Daten ein 3D-Modell des Patienten und der zu bestrahlenden Strukturen zu berechnen und das Bestrahlungsgerät entsprechend zu kalibrieren. Da müssen Blenden für die grobe Begrenzung des Strahlungsfeldes gefahren werden. Das sogenannte MLC, ein System aus kleinen Lamellen, die ebenfalls als Blenden dienen, erlaubt eine noch feinere Abstimmung des Feldes. Hier gibt es natürlich allerhand gängige Methoden, auf die ich nicht alle eingehen kann, nachzulesen sind sie aber hier. Sind alle Einstellungen gemacht, wird auf Basis gewisser Beschleuigerdaten und dem CT-Datensatz eine Dosisverteilung berechnet, um auszuschließen, dass Risikoorgane wie beispielsweise die Lunge nicht zu viel Dosis abbekommen. Ist der Arzt einverstanden, muss der erstellte Bestrahlungsplan evtl. noch einmal mit einem Phantom (eine Messkammer, die die reale Dosisverteilung in der Ebene misst) verifiziert werden und anschließend kann der Plan zur Bestrahlung freigegeben werden (durch einen Physiker).

Im Rahmen der klinischen Routine besteht die Aufgabe des MP also in der Bestrahlungsplanung und der Verifikation der Bestrahlungspläne. Hinzu kommt die Betreuung der Gerätschaften: Fällt einmal eine Anlage aus, so ist der Physiker gefragt, diese schnellstmöglich und evtl. mit Telefonsupport des Herstellers wieder zum Laufen zu bringen. Da ist analytisches Denken gefragt! Außerdem gibt es Qualitätskontrollen, die in verschiedenen Abständen durchzuführen sind: Schließlich muss sichergestellt sein, dass ein Teilchenbeschleuniger, der auf Menschen gerichtet wird, jeden Tag so funktioniert, wie der Computer und der planende Physiker sich das vorstellen.

Gearbeitet wird im Schichtdienst und je nach Auslastung hat jeder MP auch noch eigene Projekte, die er an den Beschleuigeranlagen durchführt. Dabei kann es sich z.B. um Softwareentwicklung oder die Einführung neuer Messtechniken handeln.

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Fast Fourier Transform (FFT)

23. Oktober 2010 - 15:18 Uhr

Wie angekündigt, habe ich immer mal wieder an meinem Fouriertrafo-Projekt gearbeitet und bin am Anfang des zweiten Levels, der schnellen Fouriertransformation, angekommen. Und mit schnell meine ich hier richtig, richtig schnell! Ich habe wieder das Testsignal vom letzten Mal ausgepackt, an das Programm verfüttert und die Rechenzeit gemessen: 2,426 Sekunden!! Um das nochmal klarer zu machen: Ich erhalte jetzt in 0,1% der Zeit, die ich vor zwei Wochen benötigt habe, das selbe Ergebnis:

Das ist doch mal ziemlich praktisch! Jetzt kann man endlich alle Vorteile der Fouriertransformation auch auf großen Datensätzen nutzen.

Demnächst erkläre ich nochmal genauer, wie die FFT so funktioniert. Im Moment nur soviel: Die Anzahl Datenpunkte N muss eine Zweierpotzen sein, weshalb ich das Eingangssignal von 58014 Punkten auf 65536 = 2^16 Punkte mit Nullen gefüllt habe. Dann kann man nämlich die zu berechnenden Summen so geschickt zerteilen, dass man anstelle von etwa N*N Multiplikationen bloß N*log2(N) Stück benötigt. Setzt man mal große N ein und vergleicht die beiden Werte, so sieht man schnell ein, weshalb sich das Verfahren »Schnelle Fouriertransformation« nennen darf.

Implementiert habe ich das Ganze zur Zeit auch nur rekursiv, da die Programmstruktur da einfacher zu verstehen ist. Deshalb sind die nächsten Level:
– Iterative Implementierung der FFT
– Zweidimensionale FFTs
– evtl. Radix4 oder Radix8 (N ist 4er oder 8er Potenz –> noch mehr Multiplikationen sparen)

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Programmhinweis

19. Oktober 2010 - 19:14 Uhr

Ich möchte hier nur kurz auf einen Termin der besonderen Art hinweisen. Am kommenden Donnerstag (21.10.2010) wird es um 01:05 Uhr ein filmisches Wunderwerk auf Arte zu sehen geben. Dabei handelt es sich um den ersten Film mit Helge Schneider in der Hauptrolle: Johnny Flash

Dieses 1986 produzierte Meisterwerk der Filmgeschichte hat mittlerweile einen solchen Kultstatus erlangt, dass es nur noch auf VHS zu erwerben ist und auch das lediglich gebraucht. Der anschließend stolze Besitzer eines solchen Magnetbandes sollte sich allerdings im mentalen Zustand befinden, einen Wert von 50 Euro oder mehr dafür zu investieren.

Diesen Termin möchte man nicht verpassen!

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Diskrete Fouriertrafo

4. Oktober 2010 - 18:05 Uhr

Ich habe neulich aus Neugierde und ein wenig Langeweile mal eine Fouriertransformation in C++ implementiert. Erstmal natürlich eine ganz normal diskrete Fouriertransformation (DFT), die naiv alle auch nur möglichen Rechenoperationen ausführt. Ja ich weiß, das dauert je nach Menge der Datenpunkte auch schon mal länger, aber irgendwo muss man ja mal anfangen.

Vorhin habe ich das Progrämmchen dann mal auf den Extremprüfstand gestellt, d.h. ich habe es mit einem Audiosignal von ca. 1,3 sec Länge (58014 Datenpunkte bei einer üblichen Samplingrate von 44.100) gefüttert. Dann sollte es das Ganze einmal fouriertransformieren und anschließend aus den Transformationsdaten das Originalsignal wieder zusammen basteln. Eigentlich eine einfachere Aufgabe, wenn man die Signallänge von einer Sekunde bedenkt, gerechnet hat es aber original 35 Minuten! Aber jede davon hat sich gelohnt:

Next Level: Fast Fourier Transformation!

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