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Erprobung und Freigabe eines neuerstellten Programms zum Ätzen von Leiterplatten im Tenting–Verfahren

Die Darstellung von Volumendaten in der Medizin reicht vom einfachen Anzeigen einzelner zweidimensionaler Schnittbilder bis hin zur komplexen Analyse dreidimensionaler Datenwolken. Dabei stellen das Direct Volume Rendering und Indirect Volume Rendering zwei wesentliche Methoden der Visualisierung von dreidimensionalen Daten dar. In der Kieferorthopädie und -chirurgie spielen Darstellungen von DVT-Daten (Digital Volume Tomography) in der Diagnostik oder bei der digitalen Behandlungs-und Operationsplanung eine zentrale Rolle. Da die Volumenvisualisierung immer mehr an Bedeutung gewinnt, entwickeln sich die Rendering-Methoden stetig weiter. Insbesondere für Implementierungsaufgaben in eigene Systeme müssen aktuelle Entwicklungs- und Forschungsarbeiten stets verfolgt und analysiert werden. Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung und Auswertung aktueller Methoden des Direct Volume Rendering, sowie der Extraktion von Objektoberflächen mittels des Indirect Volume Rendering. Ein weiteres Ziel ist die Erstellung eines umfangreichen Überblickes über bereits praktisch, implementierte Rendering-Methoden. Auf Grundlage der Ergebnisse können Software-Funktionen in OnyxCeph realisiert werden. Sowohl für das direkte, als auch indirekte Volumen-Rendering wurde eine theoretische Literaturrecherche und eine Übersicht der praktischen Anwendung der untersuchten Verfahren erarbeitet. Anhand der Recherche und Analyse wissenschaftlicher Arbeiten konnten Kenntnisse über theoretische Ansätze sowie aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich der Visualisierung von Volumendaten gewonnen werden. Weiterhin wurden ausgewählte Software-Produkte genutzt, um bereits eingesetzte Rendering-Verfahren auf Funktionalität und Leistungsfähigkeit zu analysieren. Im Bereich des Direct Volume Rendering konnten erweiterte Interpolations-, Klassifikations-, Schattierungs- und Visualisierungsmethoden des Ray Casting-Algorithmus untersucht werden. Die 1D Gauß-Transferfunktion stellte sich als eine einfache und nützliche Alternative zu konventionellen stückweise-linearen Übertragungsfunktion heraus. Für eine detaillierte Darstellung kann der Verarbeitungsprozess durch Shading-Methoden erweitert werden. So sind in der Praxis überwiegend gradientenbasierte Shading-Modelle eingesetzt. Deep Shadow Maps stellen dabei eine nützliche Ergänzung dar. Weiterhin konnten erweiterte Rendering-Methoden untersucht werden. Neben der Maximum Intensity Projection kann die Minimum Intensity Projection für die Darstellung von Wurzelkanälen eingesetzt werden. Die Depth-enhanced Maximum Intensity Projection und Maximum Intensity Difference Accumulation bieten zwei vereinfachte Alternativen zum Ray Casting an, um eine nahezu korrekte dreidimensionale Darstellung erstellen zu können. Die Maximum Intensity Difference Accumulation erwies sich im Rahmen dieser Arbeit als eine besonders effektive Erweiterung zu bereits vorhandenen Rendering-Verfahren. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse während Recherchearbeit konnte Maximum Intensity Difference Accumulation in das Software-Produkt OnyxCeph implementiert werden. Die generierten Visualisierungen ermöglichten eine verbesserte Tiefenwahrnehmung, die dem klassischen Direct Volume Rendering ähnelt. In Kombination mit Beleuchtungsmethoden können zudem Oberflächenstrukturen analysiert werden. Im Indirect Volume Rendering spielte die Segmentierung einzelner Volumenstrukturen durch das Iso-Surface Rendering eine besondere Rolle. Zur Generierung einer Oberfläche können verschiedene Methoden, wie der klassische Marching Cube-Algorithmus, die Level-Set-Methode und Surface-Nets eingesetzt werden. Die Literaturrecherche zeigte, dass Bestrebungen unternommen wurden, um alternative Algorithmen zum konventionellen Marching Cube-Verfahren zu entwickeln. So besteht die Möglichkeit den Rechenaufwand durch einen Simplified Pattern Marching Cube- oder Marching Tetrahedra-Algorithmus zu reduzieren. Weiterhin wurden Erweiterungen zur verbesserten Darstellung betrachtet. So kann durch den Laplace-Filter oder Mittelwertfilter eine Weichzeichnung der Oberflächennetze erzeugt werden. Für eine erhöhte Auflösung besteht die Möglichkeit, die konventionelle Catmull-Clark -Methode oder die 4-8 Subdivision anzuwenden. In diesem Projekt konnte ein umfangreicher Überblick über aktuelle Methoden der Visualisierung von Volumendaten in der Zahnmedizin erstellt werden. Dabei repräsentieren sowohl die theoretischen, wissenschaftlichen Ansätze, als auch die praktische Lösungsansätze den aktuellen Stand der Technik und Forschung. Die Erkenntnisse können die Grundlage für Implementierungen darstellen.

Die analytische Elektronenmikroskopie ist eine häufig genutzte Charakterisierungsmethode für Festkörperoberflächen. Sie findet im Rahmen der Entwicklung, Modifizierung und Prüfung von Werkstoffen weitreichenden Einsatz. Daher bildet dieses Verfahren einen wesentlichen Baustein der Fachhochschulausbildung in vielen physikalisch orientierten Studiengängen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erstellung eines Praktikumskonzeptes für die Ausbildung von Bachelor- und Masterstudierenden an der Fakultät PTI der Westsächsischen Hochschule Zwickau. Insgesamt vier sowohl mikroskopisch als auch spektroskopisch orientierte Versuche wurden so gestaltet, dass sie didaktisch aufeinander aufbauend absolviert werden können. Dafür wurden zahlreiche Proben, unterschiedliche Detektoren sowie Kontrastvarianten auf ihre methodische und laborpraktische Eignung hin untersucht. Außerdem erfolgte eine vergleichende Betrachtung des Einflusses diverser Anregungs- und Auswerteparameter bei der energiedispersiven Röntgenspektroskopie. Anhand von Experteninterviews, Peer-Befragungen und studentischem Feedback konnten sowohl die Gestaltung der Aufgabenstellung als auch der zeitliche Ablauf der Praktika optimiert werden. Zusätzlich fließen Berechnungen sowie komplexe Übungen als neue Komponenten in die Experimente ein. Durch eine adressatenspezifische Anpassung hinsichtlich Inhalt und Probenmaterial können die Praktika für Teilnehmer der Biomedizin- und Umwelttechnik oder perspektivisch auch anderer Studiengänge noch interessanter gestaltet werden.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Langzeitstabilität der Oberflächeneigenschaften von Titandioxid-Nanoröhren-Scaffolds, vor allem bezüglich deren Wiederverwendung zur Zellkultivierung, zu analysieren und zu bewerten. Die Oberflächeneigenschaften werden durch ein Rasterelektronenmikroskop, welches die Oberfläche der Nanoröhren abbildet, die Untersuchung der Benetzbarkeit mittels Kontaktwinkelmessungen und Berechnungen der freien Oberflächenenergie, die Ermittlung des Oberflächenpotentials durch die Zeta-Potential-Messung sowie durch die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung mittels Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie umfassend analysiert. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse untermauern die Ergebnisse der Zelltests. Auf anodisierten Titandioxid-Nanoröhrenstrukturen mit einem durchschnittlichen Nanoröhren-Durchmesser von 77 nm zeigen gesunde, menschliche Brustepithelzellen im Vergleich zu karzinogenen, menschlichen Brustepithelzellen nach vier Tagen eine auffällig höhere Proliferation. Die karzinogenen Brustepithelzellen weisen dabei eine durchgehend hohe Zellviabilität auf. Im Gegensatz dazu variiert diese bei den gesunden Brustepithelzellen sehr stark. Die karzinogenen Zellen erweisen sich daher als sehr anpassungsfähig in Bezug auf die sich veränderten Oberflächeneigenschaften der Nanoröhren, während die gesunden Zellen deutlich von diesen beeinflusst werden.

Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist es, ein Konzept darzustellen, welches die stationäre und ambulante Terminierung als Teilaufgabe eines Patientenportals abbildet. Dafür wird die Nutzung eines eigens angefertigten halbstandardisierten Interviewleitfadens am Klinikum Chemnitz beschrieben. Die Zielgruppe setzt sich aus Personen zusammen, die die Terminierung sowohl ambulant als auch stationär koordinieren. Die Feldbeobachtung der Radiologie stellt eine Erweiterung der Informationssammlung dar. Aufbauend auf den sechs durchgeführten Interviews und einer Feldbeobachtung wird der Prozess zur Entwicklung eines Prozessbaukastens, der sich durch flexibel zusammensetzbare Module auszeichnet, beschrieben. Durch eine beispielhafte Anwendung des Prozessbaukastens wird ein Unterschied in den Prozessen der Terminierung aufgezeigt. Die mögliche Unterstützung durch ein Patientenportal wird in Bezug auf die Prozessmodule dargestellt.