Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität ... · PDF...

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Fakultät für Physik der Technischen Hochschule Dortmund

Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum

Modulhandbuch für den Studiengang

Master of Science in Medizinphysik

nach den Bestimmungen der Studien- und Prüfungsordnung vom 17. Februar 2015

Modulhandbuch M.Sc. Medizinphysik (Studien- und Prüfungsordnung 2014) Stand: 17.02.2015

Übersicht Bereich Statistik Wahrscheinlichkeitsrechnung und Mathematische Statistik (Pflicht) .......................................................... 2 Statistik in den Lebenswissenschaften .......................................................................................................... 3 Statistische Methoden der Datenanalyse ..................................................................................................... 4 Wahlbereich Thermodynamik und Statistik ...................................................................................................................... 5 Höhere Quantenmechanik ............................................................................................................................ 7 Allgemeine Relativitätstheorie ..................................................................................................................... 8 Einführung in die Astrophysik ....................................................................................................................... 9 Einführung in die Biophysik ......................................................................................................................... 10 Einführung in die Festkörperphysik ............................................................................................................. 11 Einführung in die Kern- und Teilchenphysik ................................................................................................ 12 Einführung in die Plasmaphysik .................................................................................................................. 13 Projektleitung .............................................................................................................................................. 14 Writing a Scientific Paper ....................................................................................................................... …..15 Scientific English .......................................................................................................................................... 16 Liste weiterer Module ............................................................................................................................ …..17 Schwerpunkte Angewandte Physik in der Medizin ............................................................................................................. 18 Bildgebende Verfahren ............................................................................................................................... 21 Biophysik ..................................................................................................................................................... 23 Klinische Medizinphysik, Beschleunigerphysik............................................................................................ 25 Neuroinformatik .......................................................................................................................................... 27 Abschlussarbeit Methodenkenntnis und Projektplanung .................................................................................................... 29 Forschungspraktikum .................................................................................................................................. 30 Masterarbeit ................................................................................................................................................ 31 Beschreibung der Lehrveranstaltungen in den Schwerpunktmodulen .................................................... 32

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Modul: Wahrscheinlichkeits-rechnung und Mathematische Statistik

Workload/ Credits 120 h/ 4 CP

Semester: 1.

Häufigkeit des Angebots: WS

Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: a) Vorlesung b) Übung

Präsenzzeit: a) 30 h b) 15 h

Selbst-studium: 75 h

Veranstaltungen: a) Wahrscheinlichkeitsrechnung und Mathematische Statistik b) Globalübungen zur Wahrscheinlichkeitsrechnung und Mathematische Statistik

Teilnahmevoraussetzungen: Kenntnisse aus Höherer Mathematik III Sprache: Deutsch Studienort: Dortmund Lernergebnisse: Die Studierenden könne die ihnen vorgestellten Grundlagen der stochastischen Modellbildung und beispielhaft einige grundlegenden Sätze der Stochastik verstehen und anwenden. Inhalte: Das Modul dient als Einführung in die Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik. Dabei stehen vor allem Anwendungsbereiche im Vordergrund, die für die Medizinphysik wesentlich sind. Themenfelder: Univariate und bivariate Daten, Zusammenhangsmaße, lineare Regression, Wahrscheinlichkeitsräume und Grundlagen der stochastischen Modellbildung, wichtige Verteilungen (diskrete und mit Dichten), bedingte Wahrscheinlichkeiten und Unabhängigkeit, Momente (Erwartungswert und Varianz), Statistik: Maximum Likelihood Schätzer, Konfidenzintervalle und Testen von Hypothesen. Lehrformen: Vorlesung, Übung

Prüfungsformen: Das Modul wird mit einer Klausur abgeschlossen Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung. Als Zulassungsvoraussetzung ist folgende Studienleistung zu erbringen: Regelmäßige erfolgreiche Bearbeitung der Hausaufgaben und aktive Teilnahme an den Übungen. Verwendung des Moduls: Pflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Lehrende der Fakultät für Statistik, TU Dortmund (Modulbeauftragter: Dekan der Fakultät) Sonstige Informationen:

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Modul: Statistik in den Lebenswissenschaften


Semester: 1./2.

Häufigkeit des Angebots: WS und SS

Dauer: 1 Semester




Veranstaltungen: a) Statistik in den Lebenswissenschaften b) Übungen zur VL Statistik in den Lebenswissenschaften

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: deutsch Studienort: Dortmund Lernergebnisse: Die Studierenden erwerben exemplarisch vertiefte Kenntnisse der mathematischen Grundlagen einer Gruppe von speziellen statistischen Methoden der Lebenswissenschaften. Sie überblicken die theoretischen Hintergründe der Verfahren so weit, dass sie diese auf neue Situationen adaptieren können. Sie können sich in der späteren Berufstätigkeit durch die vertiefte Beschäftigung mit dieser Methodik schneller in andere Methoden einarbeiten und diese gegebenenfalls adaptieren. Inhalte:

Die Wahlpflichtvorlesungen in diesem Modul dienen dazu, statistische Verfahren in den Lebens-wissenschaften in großer Tiefe zu behandeln. Es muss eine Veranstaltung gewählt werden. Einschlägige Veranstaltungen sind „Klinische Studien“, „Epidemiologie“ und „Statistische Methoden in der Genetik“, „Statistische Methoden in der Bioinformatik“. Die mathematischen Hintergründe der Verfahren werden ausführlich auch unter Verwendung wahrscheinlichkeitstheoretischer Hilfsmittel behandelt. Inhalte der Vorlesungen:

• „Klinische Studien“: Kontrollierte und randomisierte klinische Studien, Analyse von Überlebenszeiten, Metaanalysen, Fallzahlplanung, Zwischenauswertungen, Diagnose und Prognosestudien, Prognosestudien, Datenmanagement und Qualitätsanforderungen

• "Epidemiologie": Epidemiologische Maßzahlen, Epidemiologische Studien (Kohortenstudie, FallKontrollStudie, Querschnittsstudie), Validität epidemiologischer Studien, Statistische Auswertung epidemiologischer Studien, Räumliche Epidemiologie, Genetische Epidemiologie

• "Statistische Methoden in der Genetik": Grundlagen der Genetik und der Epidemiologie, Genetische Assoziationsstudien, Familienbasierte Studientypen, Copy Number Variations, Gemeinsame Analyse unterschiedlicher Datentypen

• "Statistische Methoden in der Bioinformatik": Sequenzmodellierung, Sequenzalignments, Genexpressionsdaten (Vorverarbeitung, Clusteranalyse, Diskriminanzanalyse, Variablenselektion), Genetische Netzwerke, Krankheitsprogressionsmodelle, Proteomik

Lehrformen: Vorlesung, Übung

Prüfungsformen:

Das Modul wird nach Wahl mit einer Klausur, mündlichen Prüfung oder einem Übungsschein in der gewählten Vorlesung abgeschlossen.

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Lehrende der Fakultät für Statistik, TU Dortmund (Modulbeauftragter: Dekan der Fakultät) Sonstige Informationen:

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Modul: Statistische Methoden der Datenanalyse


Semester: 1.


Dauer: 1 Semester




Veranstaltungen: a) Statistische Methoden der Datenanalyse b) Übungen zur Statistische Methoden der Datenanalyse

Teilnahmevoraussetzungen: Programmierkurs in einer geeigneten Sprache (FORTRAN, C, JAVA, C++, o.ä.) Sprache: Deutsch oder Englisch Studienort: Dortmund Lernergebnisse: In der modernen Experimentalphysik werden Daten in der Regel auf elektronischem Weg erhoben. Die Studierenden erlernen einen geeigneten Umgang mit statistischen Methoden zur Analyse von moderaten bis sehr großen Datenmengen. Die Übungsaufgaben können unter Einbeziehung von in der Experimentalphysik gängiger Software auch am Computer gelöst werden. In der Veranstaltung wird praktische Kompetenz zur Erstellung der Abschlussarbeit und die spätere Berufsausübung erworben. Inhalte: Numerische Methoden der Datenverarbeitung, Datenbehandlung und Programmierung, Algorithmen und Datenstrukturen, Methoden der linearen Algebra, Wahrscheinlichkeitsrechnung, ein- und mehrdimensionale Verteilungen, Zufallszahlen und Monte Carlo Methoden, Parameterschätzung, Optimierungsprobleme, die Methode der kleinsten Quadrate, die Maximum Likelihood-Methode, Konfidenzintervalle und Hypothesentests, Parametrisierung von Daten, Bayes'sche Verfahren, Entfaltung Lehrformen: Vorlesung, Übung

Prüfungsformen: Das Modul wird mit einer schriftlichen Prüfung (3h) abgeschlossen Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Weber, Baacke, Uhrig, Stolze (Tu Do) Sonstige Informationen: Literatur: R.J. Barlow, Statistics, Wiley; V. Blobel, E. Lohrmann, Numerische und Statistische Methoden der Datenanalyse, Teubner; S. Brand, Datenanalyse, Spektrum Verlag; G.D. Cowan, Statistical Data Analysis, Oxford University Press; W.T.Eadie et al., Statistical Methods in Experimental Physics, North-Holland; H.L. Harney, Bayesian Inference, Springer; F. James, Telling the truth with Statistics, CERN Academic Training Programm; D.E. Knuth,The Art of Computer Programming, Addison Wesley; W.T. Press et al., Numerical Recipes, Cambridge

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Modul: Thermodynamik und Statistik

Workload/ Credits 180-270 h/ 6-9 CP

Semester: 1./2.

Häufigkeit des Angebots: WS+S

Dauer: 1 Semester



Selbst-studium: 90-180 h

Veranstaltungen: a) Thermodynamik und Statistik b) Übungen zu Thermodynamik und Statistik ODER a) Grundlagen der Quantenmechanik und Statistik b) Übungen zu Grundlagen der Quantenmechanik und Statistik

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch, teilweise Englisch Studienort: Bochum oder Dortmund Lernergebnisse: Thermodynamik und Statistik: Die Studierenden können die charakteristischen Phänomene der phänomenologischen Thermodynamik erkennen, einordnen und deuten, sowie deren formalen Apparat beherrschen und anwenden. Gleiches gilt für die statistische Untermauerung der Thermodynamik. Die Studierenden verstehen insbesondere, dass erst durch die Quantenstatistik die Paradoxa und Unzulänglichkeiten der Thermodynamik und der klassischen Statistik überwunden werden konnten. Grundlagen der Quantenmechanik und Statistik: Grundkenntnisse über Inhalte und Verfahren der Quantenmechanik und Thermodynamik sowie deren Modellierungen und Mathematisierungen Inhalte: Thermodynamik und Statistik: Der bewusst von der Statistik abgetrennte Thermodynamik-Teil dient als Beispiel für eine phänomenologische Theorie; der statistische Teil enthält Grundlagen der klassischen und der Quantenstatistik. Zu beiden Teilen gibt es Anwendungen. Thermodynamische Systeme; extensive und intensive Größen; die Hauptsätze, ideales Gas, Carnot-Prozess, Wirkungsgrad, Wärmekraftmaschinen. Thermodynamische Potentiale und Relationen, Thermodynamik bei veränderlicher Teilchenzahl. Phasendiagramme, Phasengleichgewicht. Van-der-Waals-Gas. Mehrstoffsysteme. Massenwirkungsgesetz. Osmotischer Druck. Optional: Thermodynamik in äußeren Feldern. Makroskopische Systeme, Wahrscheinlichkeitsbegriffe, Argumente für eine statistische Beschreibung. Dichteoperatoren für Gleichgewichtsgesamtheiten. Definition der Entropie in der Statistik, Relation zur Thermodynamik. Mikrokanonische, kanonische, großkanonische Gesamtheiten und ihre Äquivalenz. Fluktuationen. Besetzungszahldarstellung mit Anwendung auf die idealen Fermi-und Bose-Gase. Zweite Quantisierung. Pseudobosonen, Planck'sches Strahlungsgesetz. Optional: Übergang von der Quantenstatistik zur klassischen. Anwendungen (Minimalkatalog): Klassische Virialentwicklung. Magnetische Momente, Magnetismus (Para- und Ferro-). Molekularfeld und Variationsprinzip. Ising-Modell. Landau-Theorie der Phasenübergänge. Kritische Exponenten und Skaleninvarianz. Optional: Ginzburg-Landau-Theorie. Renormierungsgruppe. Störungsrechnung in der Quantenstatistik. Lineare Antwort, Dissipations-Fluktuationstheorem.

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Grundlagen der Quantenmechanik und Statistik: Quantenmechanik: Grundbegriffe, Wellenmechanik, Schrödingergleichung, spezielle physikalische Probleme, Drehimpuls, Systeme von Quanten, Interpretation der QM. Statistik: Kinetische Theorie, Zustandsgrößen, Thermodynamik, Entropie, Zustandssumme und die statistischen Gesamtheiten, Quantengase Anknüpfung an moderne Anwendungen (z.B. Bellsche Ungleichung, EPR Paradoxon, Quantenkryptographie). Lehrformen: Vorlesung, Übung

Prüfungsformen: Klausur oder mündliche Prüfung Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Lehrende der Fakultät für Physik, TU Dortmund und der Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum Sonstige Informationen:

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Modul: Höhere Quantenmechanik


Semester: ab 1.

Häufigkeit des Angebots: SS

Dauer: 1 Semester




Veranstaltungen: a) Quantenmechanik (Vertiefung) oder Höhere Quantenmechanik b) Übungen zu Quantenmechanik (Vertiefung) oder zu Höhere Quantenmechanik

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch oder Englisch Studienort: Bochum oder Dortmund Lernergebnisse: Die Studierenden erlernen die wichtigsten Elemente der fortgeschrittenen Quantenmechanik, sowie die Methoden zur technischen Handhabung von Fragestellungen und Berechnung von Messgrößen. Neben der kanonischen Quantisierung wird das Pfadintegral als wichtiges Konzept moderner Feldtheorie am harmonischen Oszillator eingeführt. Ein Schwerpunkt ist die relativistische Quantenmechanik, hier wird verstärkt auf gute Beherrschung und konzeptionelles Verständnis der entsprechenden Transformationen für Objekte mit Spin geachtet. Die Studierenden werden an Methoden herangeführt wie sie in der aktuellen Forschung benutzt werden. In den Übungen lernen die Studierenden durch eigenständiges Lösen von Problemen und Diskussion in der Gruppe einfache physikalische Systeme sowohl formal-mathematisch als auch verbal zu beschreiben und Lösungen zu präsentieren. Sie lernen dabei, ihren Lernerfolg zu überprüfen und an dem der Mitstudierenden zu messen. Inhalte: (zeitabhängige) Störungstheorie: S-Matrix, Fermis goldene Regel; Streutheorie: Lippmann-Schwinger, Bornscher Wirkungsquerschnitt Pfadintegral: klassischer Limes, harmonischer Oszillator; Relativistische Quantenmechanik: Poincare-Trafos, Spinoren Klein-Gordon-Gleichung Diracgleichung: Kovarianz, P,T,C, nicht-relativistischer Limes, Feinstruktur Feldquantisierung, Fockraum, Photonen, Symmetrien, SUSY-QM. Lehrformen: Vorlesung, Übung

Prüfungsformen: Klausur Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Lehrende der Fakultät für Physik, TU Dortmund und der Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum Sonstige Informationen:

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Modul: Allgemeine Relativitätstheorie


Semester: ab 1.


Dauer: 1 Semester




Veranstaltungen: a) Allgemeine Relativitätstheorie b) Übungen zur Allgemeinen Relativitätstheorie

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch oder Englisch Studienort: Bochum oder Dortmund Lernergebnisse: Grundlegendes Verständnis der Gravitation als Krümmung der Raumzeit Inhalte: Spezielle Relativitätstheorie und flache Raumzeit: Lorentz Transformationen; Vektoren und duale Vektoren (1-Formen); Tensoren; Maxwell Gleichungen; Energie-Impuls Tensor; Klassische Feld-Theorie Mannigfaltigkeiten: Gravitation als geometrische Eigenschaft; Was ist eine Mannigfaltigkeit?; Vektoren, Tensoren, Metrik; Ein expandierendes Universum; Kausalität; Tensor-Dichten; Differentialformen; Integration Krümmung: kovariante Ableitung; Parallel-Transport und Geodätische; Der Riemannsche Krümmungstensor; Symmetrien und Killing-Vektoren; Maximal symmetrische Räume; Geodätische Abweichung Gravitation: Physik in gekrümmter Raumzeit; Einstein Gleichungen; Lagrangesche Formulierung; Die kosmologische Konstante; Alternative Theorien Die Schwarzschild Lösung: Die Schwarzschild Metrik; Birkhoffs Theorem; Singularitäten; Geodätische der Schwarzschild-Lösung; Schwarze Löcher; Die maximal erweiterte Schwarzschild Lösung Kosmologie: Maximal symmetrisches Universum; Robertson-Walker Metrik; Die Friedmann Gleichung; Dynamik des Skalenfaktors; Rotverschiebung und Entfernungen; Gravitationslinsen; Inflation Lehrformen: Vorlesung, Übung

Prüfungsformen: Klausur Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Lehrende der Fakultät für Physik, TU Dortmund und der Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum Sonstige Informationen:

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Modul: Einführung in die Astrophysik


Semester: 2.


Dauer: 1-2 Semester

Lehrveran- staltungsart: a) Vorlesung b) Übung c) F-Praktikum (3 Versuche)

Präsenzzeit: a) 60 h b) 30 h c) 21 h


Veranstaltungen: a) Einführung in die Astrophysik b) Übungen zur Einführung in die Astrophysik c) Fortgeschrittenen-Praktikum für Physikerinnen und Physiker

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: deutsch oder englisch Studienort: Bochum Lernergebnisse:

Die in der Experimentalphysik erworbenen Grundkenntnisse werden anhand der Einführung in ein Teilgebiet derselben angewandt und vertieft. Kenntnisse ausgewählter physikalischer Theorien und Begriffe sowie die Fähigkeit, die gesellschaftliche Bedeutung der Physik zu begründen, werden erlangt. Ein erster Einblick in aktuelle Forschungsaktivitäten wird gewonnen.

In aktuellen Themenbereichen erlernen die Studierenden in der Einführung in die Astrophysik die verschiedenen messtechnischen und modellbildenden Methoden der Astrophysik, dabei werden zentrale Begriffsbildungen der Astrophysik herausgearbeitet.

Kernkompetenzen: Fähigkeit, fachwissenschaftliche Inhalte, Theorien und Methoden angeleitet und selbstständig zu erarbeiten, zu beurteilen und mündlich und schriftlich zu kommunizieren; Fähigkeit, selbstständig physikalische Experimente zu planen, durchzuführen, auszuwerten und darzustellen.

Inhalte:

Methoden und Ergebnisse der Astrophysik werden an ausgewählten Beobachtungsphänomenen eingeführt und in Zusammenhang mit aktuellen Forschungsergebnissen dargestellt. Zu den vermittelten Themenbereichen gehören u.a.: Grundlagen der beobachtenden Kosmologie, Strukturbildung im Kosmos, Aktive Galaktische Kerne, Dunkle Materie, Strahlungsprozesse, Strahlungstransport, Gravitationslinsen, Stellardynamik, Zustandsgrößen der Sterne, solare Neutrinos, Phasen des interstellaren Mediums, Akkretionsscheibenphysik, Pulsare.

Lehrformen: Vorlesung, Übung, Praktikumsversuch

Prüfungsformen:

Das Modul wird nach Wahl mit einer Klausur, mündlichen Prüfung oder einem Übungsschein in der gewählten Vorlesung aus der Experimentalphysik abgeschlossen. Die anzufertigenden Protokolle der Versuche werden bewertet und gehen in die Modulnote ein.

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dettmar (RUB) Sonstige Informationen:

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Modul: Einführung in die Biophysik


Semester: 2.


Dauer: 1-2 Semester




Veranstaltungen: a) Einführung in die Biophysik b) Übungen zur Einführung in die Biophysik c) Fortgeschrittenen-Praktikum für Physikerinnen und Physiker

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: deutsch Studienort: Bochum Lernergebnisse:

Die in der Experimentalphysik und Theoretischen Physik erworbenen Grundkenntnisse werden anhand der Einführung in ein Teilgebiet derselben angewandt und vertieft. Kenntnisse ausgewählter physikalischer Theorien und Begriffe sowie die Fähigkeit, die gesellschaftliche Bedeutung der Physik zu begründen, werden erlangt. Ein erster Einblick in aktuelle Forschungsaktivitäten wird gewonnen.

In der Einführung in die Biophysik erhalten die Studierenden einen Überblick über molekulare Strukturen lebender Materie sowie Kenntnis experimenteller Methoden der Biophysik. Sie erlernen die Beschreibung von Gleichgewichten und Reaktionen sowie die Nutzung von Datenbanken und Servern.


Inhalte:

Struktur biologischer Materie: Vom Atom zum Protein Spektroskopische Methoden Röntgenkristallographie Thermodynamik von Gleichgewichten und Reaktionen Reaktionskinetik und Elektrochemie Bioinformatik


Prüfungsformen:


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Gerwert (RUB) Sonstige Informationen:

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Modul: Einführung in die Festkörperphysik


Semester: 1.


Dauer: 1-2 Semester

Lehrveran- staltungsart: a) Vorlesung b) Übung c) ggf. F-Praktikum (3 Versuche)

Präsenzzeit: a) 60 h b) 30 h c) 0-21 h


Veranstaltungen: a) Einführung in die Festkörperphysik b) Übungen zur Einführung in die Festkörperphysik c) Fortgeschrittenen-Praktikum für Physikerinnen und Physiker

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: deutsch oder englisch Studienort: Bochum oder Dortmund Lernergebnisse:

Die Studierenden kennen die wichtigsten Stoffklassen, und können die wichtigsten mikroskopischen Modelle zur Diskussion der relevanten Phänomene verwenden. Hierzu zählen die Symmetrieklassen im Kristallbau, und deren Kenntnis als Ausgangspunkt für die folgenden elektronischen Eigenschaften, die sich an den Kristallsymmetrien orientieren. Der kompetente Umgang mit dem Kristallbau ermöglicht den Zugang zum qualitativen Verständnis der möglichen Gitterschwingungen. Darauf aufbauend werden vertiefte Kenntnisse zur elektronischen Struktur und moderne Verfahren zu deren Berechnung erworben. In den Übungen lernen die Studierenden durch eigenständiges Lösen von Problemen und Diskussion in der Gruppe einfache physikalische Systeme sowohl formal-mathematisch als auch verbal zu beschreiben und Lösungen zu präsentieren. Sie lernen dabei, ihren Lernerfolg zu überprüfen und an dem der Mitstudierenden zu messen.

Inhalte:

Geometrische Struktur des Festkörpers (ideale Kristalle, Fehlordnung, reziprokes Gitter, Kristallstrukturbestimmung mittels Beugung, Bindungsverhältnisse) Dynamik des Kristallgitters (Gitterschwingungen, Phononen, Bose-Einstein-Verteilung, thermische Eigenschaften des Nichtleiters, Streuexperimente) Elektronen im Festkörper (klassisches freies Elektronengas, Fermi-Dirac-Verteilung, elektrische Leitfähigkeit, thermische Eigenschaften von Leitern, metallische Bindung, Ladungsträger im Magnetfeld, Bändermodell, experimentelle Bestimmung der Bandlücken, Halbleiter, thermische Anregung von Ladungsträgern, effektive Masse, Löcherleitung, Störstellenleitung, pn-Übergang)


Prüfungsformen: Das Modul wird nach Wahl mit einer Klausur, mündlichen Prüfung oder einem Übungsschein in der gewählten Vorlesung aus der Experimentalphysik abgeschlossen. Die anzufertigenden Protokolle der Versuche werden bewertet und gehen in die Modulnote ein.

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Roldan Cuenya (RUB), Dekan der Fakultät für Physik (TU Do) Sonstige Informationen:

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Modul: Einführung in die Kern- und Teilchenphysik


Semester: 1.


Dauer: 1-2 Semester

Lehrveran- staltungsart: a) Vorlesung b) Übung c) ggf. F-Praktikum (3 Versuche)

Präsenzzeit: a) 60 h b) 30 h c) 0-21 h


Veranstaltungen: a) Einführung in die Kern- und Teilchenphysik I b) Übungen zur Einführung in die Kern- und Teilchenphysik I c) Fortgeschrittenen-Praktikum für Physikerinnen und Physiker

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: deutsch oder englisch Studienort: Bochum und Dortmund Lernergebnisse: Die in der Experimentalphysik erworbenen Grundkenntnisse werden anhand der Einführung in ein Teilgebiet derselben angewandt und vertieft. Kenntnisse ausgewählter physikalischer Theorien und Begriffe sowie die Fähigkeit, die gesellschaftliche Bedeutung der Physik zu begründen, werden erlangt. Ein erster Einblick in aktuelle Forschungsaktivitäten wird gewonnen.

In der Einführung in die Kern- und Teilchenphysik gewinnen die Studierenden ein Grundverständnis der Prozesse mit Elementarteilchen und des Aufbaus der Kerne und der damit verbundenen Kräfte, sie erlernen die Arbeits- und Analysiermethoden der Kern- und Teilchenphysik wie Mathematische Beschreibungen zur Lösung von Fragestellungen und Probleme. Experimentelle Techniken der Hadronen-und Teilchenphysik wie Beschleuniger und Detektoren werden ausführlich diskutiert.


Inhalte: Konstituenten der Kerne/Hadronen; Das Standardmodell der Teilchenphysik; Streuexperimente; Wirkungsquerschnitte; Eigenschaften von Elementarteilchen; Kerneigenschaften; Elementare Wechselwirkungen; Kernkräfte; Kernpotentiale; Instabile Kerne und Radioaktivität; Beschleunigertypen; Wechselwirkung von Strahlung und Materie; Detektion von Kernen und Teilchen; Kernmodelle; Kernenergie; Medizinische Anwendungen der Kernphysik; Moderne Anwendungen der Kernphysik; Moderne Forschungsthemen in der Kernphysik wie Neutrinomasse, Relativistische Schwerionenphysik.


Prüfungsformen:


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Wiedner (RUB) , Dekan der Fakultät für Physik (TU Do) Sonstige Informationen:

12


Modul: Einführung in die Plasmaphysik


Semester: 2.


Dauer: 1 Semester




Veranstaltungen: a) Einführung in die Plasmaphysik I b) Übungen zur Einführung in die Plasmaphysik I c) Fortgeschrittenen-Praktikum für Physikerinnen und Physiker

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: deutsch oder englisch Studienort: Bochum Lernergebnisse:

Die in der Experimentalphysik erworbenen Grundkenntnisse werden anhand der Einführung in ein Teilgebiet derselben angewandt und vertieft. Kenntnisse ausgewählter physikalischer Theorien und Begriffe sowie die Fähigkeit, die gesellschaftliche Bedeutung der Physik zu begründen, werden erlangt. Ein erster Einblick in aktuelle Forschungsaktivitäten wird gewonnen.

In der Einführung in die Plasmaphysik erlangen die Studierenden erlangen das Verständnis grundlegender Phänomene und Gesetzmäßigkeiten der Plasmaphysik, sie erlernen die Beschreibung von Plasmen sowie die Grundlagen der kontrollierten Fusion auch einige Grundkonzepte technischer Plasmen. Ein Verknüpfung zu der Diagnostik von Plasmen sowie zu Zündphänomenen wird gezogen.

Kernkompetenzen: Fähigkeit, fachwissenschaftliche Inhalte und Methoden angeleitet und selbstständig zu erarbeiten, zu beurteilen und mündlich und schriftlich zu kommunizieren; Fähigkeit, selbstständig physikalische Experimente zu planen, durchzuführen, auszuwerten und darzustellen.

Inhalte:

Grundkonzepte und Plasmadefinition, Einzelteilchen in Magnetfeldern, Stoßwechselwirkungen, Hydrodynamik, Magnetohydrodynamik, kinetische Theorie, Randschichten, Wellen in Plasmen, Grundlagen der kontrollierten Fusion, spezielle Entladungsformen


Prüfungsformen:


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: von Keudell (RUB) Sonstige Informationen:

13


Modul: Projektleitung


Semester: 2.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: a) Workshop b) praktische Übung c) Seminar



Veranstaltungen:

Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: deutsch Studienort: Bochum Lernergebnisse: Die Studierenden können ein wissenschaftliches Projekt planen und die Durchführung anleiten. Sie haben gelernt, sich an zeitliche und formale Rahmenbedingungen zu halten. Des Weiteren haben Sie gelernt, als Teamleiter/-in zu operieren und ein kleines Team (4-6 Studierende) zu führen. Inhalte:

a) In dem einführenden Workshop werden die grundlegenden methodischen Fähigkeiten zur Projektleitung und Teamleitung vermittelt.

b) In den praktischen Übungen haben die Teilnehmer/-innen Gelegenheit, das erworbene Wissen an einer Gruppe von Bachelor-Studierenden anzuwenden, diese bei der Durchführung eines Projekts zu unterstützen

c) Das Seminar dient der Reflektion. Hier werden Ereignisse aus den praktischen Übungen diskutiert oder Probleme analysiert. Im Vordergrund stehen der Austausch untereinander und das Feedback durch den Modulbeauftragten.

Lehrformen: Seminar, Übung, Gruppenarbeit, Einzelgespräch

Prüfungsformen: Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Teilnahme an den Workshops (100 %), Teilnahme an den Praktischen Übungen mind. 40 h , Teilnahme an dem Seminar (> 80 %) Verwendung des Moduls: Wahlmodul Stellenwert der Note für die Endnote: unbenotetes Modul, geht nicht in die Endnote ein Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozenten/-innen der Fakultäten Sonstige Informationen:

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Modul: Writing a Scientific Paper

Workload/ Credits 60 h / 2 CP

Semester: 1. - 2.

Häufigkeit des Angebots: WS + SS

Dauer: 1 Semester




Veranstaltungen: a) Writing a Scientific Paper b) Übungen zu Writing a Scientific Paper

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Englisch

Studienort: Bochum

Lernergebnisse: Die Studierenden haben die Technik erlernt, eigenständig einen Artikel in englischer Sprache zu verfassen. Zusätzlich kennen sie die einzelnen Schritte des Veröffentlichungsprozesses und können häufige Fehler erkennen. Inhalte: Warum publizieren? - Auswahl der Zeitschrift: Impactfaktoren, H-Index etc. Was ist ein Paper, was ist kein Paper? - Die Botschaft eines Papers. - Langfristige Publikationsstrategie zum Aufbau einer wissenschaftlichen Karriere Aufbau eines Papers: - Gute und Schlechte Titel - Was soll in einem Abstract stehen? Prinzipieller Aufbau: - Einleitung, Experiment, Ergebnisse, Diskussion, Zusammenfassung - Richtlinien der DFG zur guten wissenschaftlichen Praxis- Techniken zur Erhöhung der Prägnanz eines Manuskriptes Wissenschaftliche Grafiken: -Technische Aspekte, Darstellungsformen, Inhaltliche Aspekte Der Begutachtungsprozess: - Anmerkungen von Verlag und Referees Englisch: Techniken der Formulierung, Typische Fehler Lehrformen: Vorlesung, Übung

Prüfungsformen: schriftlicher Bericht Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: von Keudell (RUB) Sonstige Informationen:

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Modul: Scientific English


Semester: ab 1.

Häufigkeit des Angebots: SS u. WS

Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: a) Präsenzseminar b) Blackbordkurs

Präsenzzeit: a) 30 h


Veranstaltungen: Englisch NUR für Studierende der Physik und Astronomie

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: englisch Studienort: Bochum Lernergebnisse:

Am Ende des Kurses können die Teilnehmer Vorlesungen über verschiedene Teilbereiche der Physik folgen und fachspezifische Texte (z.B. Fachartikel, Lehrbuchauszüge, Fachbuchauszüge) lesen und weitestgehend ohne Wörterbuch verstehen. Sie können über fachspezifische Inhalte kommunizieren und diese fachgerecht darstellen. Inhalte: Dieser Englischkurs wurde speziell für Studierende der Physik und Astronomie konzipiert und ist auf deren Bedürfnisse zugeschnitten. Vor dem Hintergrund von Themen aus der Physik und affinen wissenschaftlichen Bereichen werden verschiedene, relevante rezeptive und produktive sprachliche Kompetenzen trainiert. Zu Beginn der Lehrveranstaltung können die Teilnehmenden sich entscheiden, ob Sie im Präsenzunterricht gemeinsam an einem wissenschaftlichen Poster oder einer eigenen Präsentation arbeiten möchten. Daneben erfolgt die Erstellung eines Laborberichts und weiteren fachspezifischen Produkten, die in der Lerngruppe festgelegt werden können. Sollte die Gruppe sich für die Erstellung/Erarbeitung eines Posters entschieden haben, werden die Studenten bis zum Ende des Semesters zu einem selbst gewählten Thema ein solches erstellt haben und in einer simulierten kongressähnlichen Situation ihre Posterpräsentation anderen eingeladenen Besuchern in englischer Sprache vorstellen. Wenn die Gruppe die Anfertigung einer Präsentation bevorzugt, werden Studierende im Laufe der Veranstaltung eine eigene erarbeiten und vortragen. Des Weiteren schreiben die Studierenden nach der Analyse von authentischen Beispielen einen eigenen Laborbericht. Die Arbeit an diesem Thema erfolgt größtenteils über Blackboard. Jede/r Studierende erhält regelmäßig ein Feedback zu den eigenen verfassten Berichten. Wichtig: Der Kurs wird, wie im Text angedeutet, durch ein spezifisches eLearning-Angebot begleitet, welches integrativer Bestandteil des Kurses ist. Weitere Details erfahren Sie in der ersten Sitzung. Die Studierenden werden gebeten im Laufe des Semesters authentisches Material (z. B. Laborjournal, Fachartikel) mitzubringen und sich untereinander auszutauschen. Lehrformen: Präsenzseminar, Blackbordkurs

Prüfungsformen: Posterpräsentation, Vortrag, Laborbericht Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: aktive Teilnahme u. Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Wahlmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: auswärtige Dozentinnen und Dozenten Sonstige Informationen:

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Liste weiterer Schlüsselkompetenzmodule Die Anerkennung der Module, die nicht im Handbuch oder auf den Listen stehen, kann nur auf Antrag an den Prüfungsausschuss erfolgen. Dem Antrag muss eine positive Stellungnahme der/des Studienfachberaterin/-beraters beiliegen. Programmiersprachen:

Es können eine strukturierte Programmiersprache (C, Fortran) und eine objektorientierte Programmiersprache (JAVA, C++, C#) anerkannt werden. Alle Module aus dem Angebot der RUB und der TU Do können gewählt werden.

aus dem Angebot des Schreibzentrums der RUB:

Modul:

Workload/ Credits

Semester:

Häufigkeit des Angebots:

Dauer:

Intensivmodul Abschlussarbeiten in den Natur- und Ingenieurwissenschaften

5 CP WS + SS Jedes Semester

1 Semester

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Modul: Angewandte Physik in der Medizin

Workload/ Credits 450 h – 750 h/ 15 – 25 CP

Semester: 1. -2.


Dauer: 2 Semester

Lehrveran- staltungsart: a) Vorlesung b) Übung c) Seminar

Präsenzzeit: a) 105 – 195 h b) 60 - 90h b) 60 - 90 h


Veranstaltungen: Ein vollständiger Überblick über die Veranstaltungen ist dem aktuellen Vorlesungsverzeichnis zu entnehmen. Ein aktuelles Beispiel befindet sich am Ende dieses Modulbogens unter sonstige Informationen. Beschreibungen der Veranstaltungen befinden sich am Ende des Modulhandbuchs.

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch oder Englisch

Studienort: Bochum und Dortmund

Lernergebnisse: Die Studierenden erwerben ein grundlegendes Verständnis über die physikalischen Prozesse, welche in der modernen Medizin immer relevanter werden. Dies umfasst sowohl diagnostische Methoden als auch Therapiekonzepte. Die Studierenden lernen auf der einen Seite die elementaren physikalischen Prozesse kennen, die in der Medizin benötigt werden, und zum anderen werden spezielle Anwendungen in Hinblick auf die spätere praktische Arbeit als Medizinphysiker kennen gelernt. Sie können große Datenmengen analysieren und haben einen Überblick über die verschiedenen diagnostischen Methoden. Insbesondere erwerben die Studierenden Kompetenzen in Hinblick auf die Wechselwirkung von elektromagnetischer und Teilchen-Strahlung mit biologischen Systemen.

Inhalte: In diesem Modul kann aus einer Vielzahl an Veranstaltungen ein individueller Schwerpunkt gewählt werden, so dass die hier aufgeführten Inhalte nicht von jedem Studierenden gehört werden können. Die Studierenden stellen in engem Gespräch mit den Modulbeauftragten die Inhalte individuell zusammen.

Folgende Inhalte sind daher wählbar:

Kern- und Teilchenphysik: Streuexperimente; Wirkungsquerschnitte; Eigenschaften von Elementarteilchen; Kerneigenschaften; Elementare Wechselwirkungen; Kernkräfte; Kernpotentiale; Instabile Kerne und Radioaktivität; Beschleunigertypen; Wechselwirkung von Strahlung und Materie; Detektion von Kernen und Teilchen; Kernmodelle; Kernenergie

Plasmamedizin: Nicht-Gleichgewichtsplasmen, Wechselwirkung von Plasmen mit biologischen Systemen wie Zellen oder Biomolekülen, Diagnostik, Konzept des Plasmagleichgewichts, Energieeinkopplung, Reaktionschemie, Plasma-Oberflächenwechselwirkung, mikrobiologischen Grundlagen

Computational Cardiology: Grundlagen der Anatomie des Herzes, EKG, Zellmembran-Modelle, ODE-solver, finite Elementemethoden, Einführung in die Parallelisierung

Auswertung von Daten: Statistik und Monte Carlo Simulationen, Biosignalverarbeitung mit digitalen Filtern und Signalprozessoren

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Laserverfahren: Grundlage der Laserphysik und Optik, diagnostische Verfahren, Wechselwirkung von Strahlung mit biologischen Systemen

Nanomagnetismus: Herstellung und Diagnose von Nanopartikeln, Einsatz von Nanopartikeln in der Medizin

Lehrformen: Vorlesung, Übung, Seminar, Praktikum

Prüfungsformen: Das Modul wird mit einer übergreifenden mündlichen Prüfung abgeschlossen.

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der mündlichen Prüfung. Zulassungsvoraussetzung zur mündlichen Prüfung: Nachweis von mindestens 13 CP Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: von Keudell (Modulbeauftragter, RUB), Wiedner, Heinsius, Reicherz, Steinke, Benedikt, Schulz-von der Gathen, Hägele Czarnetzki, Dreher, Stockem, Petracic, Bandow, Stapelmann, Lackmann (von der RUB) und Betz, Hövel, Tolan (von der TU Do) Sonstige Informationen: Bzgl. Beratung und Koordination der Veranstaltungen wenden Sie sich bitte an den Modulbeauftragten.

In diesem Modul kann aus einer Vielzahl an Veranstaltungen ein individueller Schwerpunkt in engem Gespräch mit den Modulbeauftragten zusammengestellt werden. Hier sind exemplarisch zwei mögliche Kombinationsmöglichkeiten dargestellt. Vertiefung „Kernphysik in der Medizin“: Die Studierenden erhalten einen Einblick in die grundsätzlichen Begriffe und Methoden der Kernphysik bzw. der Teilchenphysik unter besonderer Berücksichtigung medizinischer Inhalte. Die Entstehung von Teilchenstrahlung sowie deren Detektion bzw. Analyse der Daten insbesondere zur Bildgebung stehen neben der Wechselwirkung mit biologischen Systemen im Fokus dieser Vertiefungsrichtung.

Veranstaltung Anbieter SWS CPs Kern- und Strahlenphysik II Wiedner (RUB) 6 6

Anwendung der Monte-Carlo-Simulation, Wahrscheinlichkeiten und Statistik

Heinsius (RUB) 4 4

Fortgeschrittenen-Praktikum Reicherz (RUB), Steinke (RUB) 5 5 Digitalelektronik mit Anwendung Biosignalverarbeitung mit digitalen Filtern und Signal- prozessoren

Reicherz (RUB), Heinsius (RUB) 2 2

Vertiefung „Plasmamedizin“: Die Studierenden erhalten einen Einblick in die Beschreibung und Diagnostik von Niedertemperaturplasmen und ihrem Einsatz für die Anwendung in der Medizin zur Sterilisation bzw. zur Modifikation von Zellen. Ein besonderes Augenmerk wird auf Nichtgleichgewichtsatmosphärendruckplasmen gelegt. Die Studierenden werden befähigt, Systeme, bei denen Plasmen mit biologischen Systemen wechselwirken, zu bewerten und die einzelnen Reaktionskanäle wie Strahlenschäden durch Plasmateilchen, Wirkung der UV und VUV-Strahlung sowie thermische Einflüsse zu bewerten.

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Veranstaltung Anbieter SWS CPs Einführung in die Niedertemperaturplasmaphysik Von Keudell, Czarnetzki (RUB) 6 6

Plasma Diagnostik Schulz von der Gathen (RUB) 3 3 Plasma Chemie Benedikt (RUB) 3 3 Seminar zur Plasmamedizin Benedikt/Bandow (RUB) 2 2 Fortgeschrittenen-Praktikum Lehrende Plasmaphysik (RUB) 5 5 Biomedizinische Anwendungen in der Plasmatechnik

Stapelmann, Lackmann (ET/IT, RUB) 3 5

Neben den oben aufgeführten zwei Kombinationsmöglichkeiten werden derzeit folgende Veranstaltungen in diesem Schwerpunkt angeboten:

Veranstaltung Anbieter SWS CPs Plasma Oberflächenwechselwirkung Von Keudell (RUB) 3 3 Quantenoptik: Laserphysik, nichtlineare Optik Betz (TuDo) 4 6

Seminar Laserarten und Anwendungen Betz, Bayer (TuDo) 2 3

Atomar aufgelöste Oberflächen- und Grenzflächenanalyse Hövel, Tolan (TuDo) 3 5

Computational Cardiology Dreher (RUB) 2 2 Laser – Arten und Anwendungen Betz (TuDo) 3 3 Nanomagnetismus I + II Petracic (RUB) 6 6

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Modul: Bildgebende Verfahren


Semester: 1. -2.


Dauer: 2 Semester


Präsenzzeit: a) 105 – 195 h b) 60 - 90h c) 60 - 90 h



Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch oder Englisch Studienort: Bochum und Dortmund Lernergebnisse:

Die Studierenden erwerben zum einen fachspezifische Grundlagen zur Physiologie diagnostisch relevanter Organsysteme, zum anderen gewinnen sie eine Übersicht über Theorie und Technik medizi-nischer Bildgebungsverfahren, mit denen Diagnosen gestellt werden. Die Studierenden lernen die unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Verfahren (Auflösung, Eindringtiefe, dargestellte physikalische Eigenschaft, Kontrast) kennen und entwickeln ein Verständnis, wie sich diese auf die Einsatzgebiete in der klinischen Anwendung auswirken. Die Studierenden werden hierdurch befähigt, technische Lösungen im Bereich der Bildgebung und der Bildverarbeitung an neue medizinische Fragestellungen anzupassen. Die Realisierung von entsprechenden Computerprogrammen und die Präsentation der eigenen Ergebnisse werden geübt.

Inhalte:

In diesem Bereich sind klassische Themen der Medizinphysik beheimatet, wie die einzelnen physikalischen Methoden zur Therapie und zur Diagnostik mit einem Schwerpunkt in der Bildgebung. Zum einen werden physiologische Grundlagen wichtiger Organ-/Funktionssysteme vermittelt (z.B. Herz-/Kreislaufsystem, Atmung, Sehsinn), die häufig von Krankheiten betroffen sind und bei deren Dia-gnostik / Therapie eine starke medizintechnische Durchdringung besteht.

Zum anderen werden alle klinisch relevanten bildgebenden Verfahren, die zur Diagnostik dieser Organsysteme eingesetzt werden, in ihren physikalischen und mathematischen Grundlagen sowie den Besonderheiten ihrer technischen Realisierung und ihrer Anwendung behandelt. Hierbei werden alle Schritte von der Datenaufnahme bis zum Bild und seiner Weiterverarbeitung und automatischen Analyse (computerunterstützte Diagnose) vermittelt. Die behandelten bildgebenden Verfahren sind in vielen Fällen tomographische Verfahren (Magnetresonanztomographie (MRT), Computertomographie (CT), optische Kohärenztomographie (OCT), Positronenemissionstomographie (PET), Single Positron Emissions Computertomographie (SPECT), Ultraschallbeugungstomographie (USCT)), bei denen aus der Messung integraler Beziehungen physikalischer Parameter durch Rekonstruktion Schnittbilder erzeugt werden. Weiterhin werden Methoden zur Verarbeitung der gewonnenen Bilddaten vermittelt.

Lehrformen: Vorlesung, Übung, Seminar

Prüfungsformen:

Das Modul wird mit einer übergreifenden mündlichen Prüfung abgeschlossen.

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Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der mündlichen Prüfung. Zulassungsvoraussetzung zur mündlichen Prüfung: Nachweis von mindestens 13 CP Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Schmitz (Modulbeauftragter, RUB), Hofmann, Dencks, Hexamer (von der RUB) und Müller, Suter, Böhmer, Weichert, Block (von der TU Do) Sonstige Informationen: Bzgl. Beratung und Koordination der Veranstaltungen wenden Sie sich bitte an den Modulbeauftragten.

In diesem Modul kann aus einer Vielzahl an Veranstaltungen ein individueller Schwerpunkt in engem Gespräch mit den Modulbeauftragten zusammengestellt werden. Hier sind exemplarisch zwei mögliche Kombinationsmöglichkeiten dargestellt.

Veranstaltung Dozent SWS CPs Tomographische Abbildungsverfahren in der Medizin (MRT/CT) Schmitz (ET/IT, RUB) 4 5

Master-Seminar Biomedical Optics Hofmann (ET/IT, RUB) 3 3

Bildverarbeitung in der Medizin Dencks (ET/IT, RUB) 4 5 Ultraschall in der Medizin Schmitz (ET/IT, RUB) 4 5 Biomedizinische Funktionssysteme I Hexamer (ET/IT, RUB) 3 4 Biomedizinische Funktionssysteme II Hexamer (ET/IT, RUB) 3 4 Master-Seminar Medizintechnik Schmitz (ET/IT, RUB) 3 3 Digitale Bildverarbeitung Müller (IT, TuDo) 3 4 Magnetische Resonanz Suter, Böhmer (TuDo) 3 5 Medizinische Bildverarbeitung Weichert (IT, TuDo) 6 9 Medizinische Datenvisualisierung Weichert (IT, TuDo) 6 9

Klinikseminar Bildgebende Verfahren Block (TuDo)

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Modul: Biophysik


Semester: 1. -2.


Dauer: 2 Semester





Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch oder Englisch Studienort: Bochum und Dortmund Lernergebnisse: Erwerben molekularbiologischer, biochemischer und biophysikalischer Grundlagen zum physikalischen Verständnis biologischer und pathophysiologischer Prozesse. Anwendung vibrationsspektroskopischer Techniken zur Bearbeitung biophysikalischer und medizinischer Fragestellungen. Auswertung und Interpretation bildgebender Techniken.

Inhalte: Proteine sind neben der DNA die zentralen Bausteine des Lebens. Veränderungen in Proteinen können ernsthafte Erkrankungen auslösen. Daher hat das detaillierte Verständnis von Struktur und Funktion von Proteinen zentrale Bedeutung in der diagnostischen und therapeutischen Medizin.

In der Biophysik werden in einem breiten, interdisziplinären Ansatz neue biophysikalische Methoden entwickelt, mit denen die Struktur, die Funktion und die Interaktion von Proteinen auf verschiedenen Ebenen untersucht werden. Erforscht werden Proteine in der lebenden Zelle, an Biomembranen gebundene Proteine und isolierte Proteine. Dazu werden in einem interdisziplinären Ansatz physikalische, biochemische und biologische Methoden kombiniert. Grundlegendes Wissen und grundlegende experimentelle und theoretische Techniken aus allen diesen Bereichen werden in der Biophysik vermittelt.

Insbesondere werden darüber hinaus spektroskopische Techniken, Röntgenstrukturanalyse und biomolekulare Simulationen eingesetzt und miteinander kombiniert. Im Fokus sind dabei die Entwicklung und der Einsatz innovativer spektroskopischer, insbesondere vibrationsspektroskopischer Methoden, der Infrarot- und Raman-Spektroskopie. Zum einen werden zeitauflösende Techniken eingesetzt, um die Dynamik der Proteine zu analysieren. Damit wird ein detaillierter Einblick in die Funktion bzw. Fehlfunktion von Proteinen mit höchster räumlicher und zeitlicher Auflösung erhalten.

Zum anderen werden neue vibrationsspektroskopische Imaging-Methoden entwickelt, mit denen Tumore in Geweben („spektrale Histopathologie“), und Tumorzellen („spektrale Zytopathologie“) automatisiert, nicht-invasiv und Marker-frei identifiziert werden können. Dazu werden mit Hilfe von IR- und Raman-Mikroskopen ortsaufgelöste Bilder von Geweben und lebenden Zellen aufgenommen.

In diesem Bereich wird eng mit klinischen Forschern und Pathologen zusammen gearbeitet. Diese Strategie zielt darauf ab, die medizinische Diagnostik zu verbessern.



Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der mündlichen Prüfung.

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Zulassungsvoraussetzung zur mündlichen Prüfung: Nachweis von mindestens 13 CP Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Gerwert (Modulbeauftragte, RUB), Lübben, Hofmann, Kötting, Mosig, Stoll, Schlitter (von der RUB) und Kierfeld, Tolan, Suter (von der TU Do) Sonstige Informationen: Bzgl. Beratung und Koordination der Veranstaltungen wenden Sie sich bitte an den Modulbeauftragten.

In diesem Modul kann aus einer Vielzahl an Veranstaltungen ein individueller Schwerpunkt in engem Gespräch mit den Modulbeauftragten zusammengestellt werden. Hier sind exemplarisch zwei mögliche Kombinationsmöglichkeiten dargestellt.

Veranstaltung Anbieter SWS CPs Methoden der Bioinformatik Mosig (RUB) 3 5 Einführung in die Biophysik I Hofmann (RUB) 6+3 9

Vorlesung Biophysik II (Biomolekulare Struktur und Dynamik)

Gerwert, Schlitter, Hofmann, Lübben (RUB)

3 4+2

Einführung in die Bioinformatik Mosig, Lübben, Stoll (RUB) 3 5

Seminar Soft Matter Kierfeld, Tolan (TuDo) 2 3

Theorie weicher und biologischer Materie Kierfeld (TuDo) 4 6

Hydrodynamik des Blutes Suter, Kierfeld, Weichert 2 3

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Modul: Klinische Medizinphysik


Semester: 1. -2.


Dauer: 2 Semester






Im Bereich Klinische Medizinphysik werden Inhalte gelehrt, die typischerweise Voraussetzung für Medizinphysikexperten (MPE) in den Kliniken sind. Dazu gehören neben der Vorlesung „Fortgeschrittene Klinische Medizinphysik“ und der Vorlesung zur Protonentherapie auch das Seminar „Strahlentherapie, Nuklearmedizin, Radiologie“ auch das Praktikum „Bestrahlungsplanung“. Ferner ist zur Gewährung des MPE sehr wesentlich der „Strahlenschutzkurs“, der ab Sommersemester 2015 regelmäßig einmal jährlich ablaufen soll. Ziel ist es, den Grundkurs für alle Studierenden anzubieten, den Aufbaukurs entsprechend nur für die Studierenden, die im Bereich der Strahlentherapie eine Master-Arbeit im klinischen Umfeld anstreben.

Zu den Modulen dieses Bereichs gehören auch die Vorlesungen „Beschleunigerphysik I und II“ sowie das Seminar „Detektoren, Sensorik“.

Inhalte: In diesem Bereich sind klassische Themen der Medizinphysik beheimatet, wie die einzelnen physikalischen Methoden zur Therapie und zur Diagnostik mit einem Schwerpunkt auf Strahlenphysik und kernphysikalischen Methoden. Voraussetzung zur Teilnahme an diesem Schwerpunkt ist die erfolgreiche Teilnahme am Modul Strahlenphysik I des Bachelorstudiengangs Medizinphysik oder einer vergleichbaren Lehrveranstaltung.


Prüfungsformen:

Das Modul wird mit einer übergreifenden mündlichen Prüfung abgeschlossen.

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der mündlichen Prüfung. Zulassungsvoraussetzung zur mündlichen Prüfung: Nachweis von mindestens 13 CP Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Spaan (Modulbeauftragter, TU Do), Khan, Weis, Gößling, Kröninger, Fillafer (von der TU Do) und Block, Lüdemann, Flühs, Levegrün (Kliniken Do und Essen) und Bäumer, Timmermann (WPE) Sonstige Informationen:

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Bzgl. Beratung und Koordination der Veranstaltungen wenden Sie sich bitte an den Modulbeauftragten.

In diesem Modul kann aus einer Vielzahl an Veranstaltungen ein individueller Schwerpunkt in engem Gespräch mit den Modulbeauftragten zusammengestellt werden. Es wird empfohlen, folgende Lehrveranstaltungen als Rumpfprogramm zu belegen:

• Fortgeschrittene Klinische Medizinphysik, • Seminar Detektoren/Sensorik, • Praktikum zur Bestrahlungsplanung

Lehrveranstaltungen im Modul:

Veranstaltung Anbieter SWS CPs

Fortgeschrittene Klinische Medizinphysik Block, Lüdemann, Flühs, Levegrün (Klinikum Do, Uniklinikum Essen) 4 6

Protonentherapie (WPE) Timmermann, Bäumer (WPE) 2 3 Beschleunigerphysik I PHY (TuDo) 4 6 Beschleunigerphsik II PHY (TuDo) 4 6 Grundlagen der Sensorik PHY (TuDo) 2 3 Seminar Detektoren Sensorik (TuDo) 2 3 Seminar klinische Medizinphysik: Strahlentherapie, Nuklearmedizin, Radiologie, Lasersysteme, Robototersystme, Laborsystem, u.ä.

(TuDo) 2 3

Praktikum, Bestrahlungsplanung (TuDo) 4 6

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Modul: Neuroinformatik


Semester: 1. -2.


Dauer: 2 Semester

Lehrveran- staltungsart: a) Vorlesung + Übung b) Praktika c) Seminare

Präsenzzeit: a) 39 - 300 h b) 39 - 100 h c) 0 – 26 h




Beherrschen der Methoden und grundlegenden Modelle der Neuroinformatik und ihrer Anwendung auf Probleme der medizinischen Physik. Dazu gehören insbesondere Methoden der numerischen Simulation von neuronalen Modellen sowie von Methoden des maschinellen Lernens zur Bildinterpretation, Klassifikation und Schätzung. Inhalte: Fortgeschrittene computationale Methoden aus dem Bereich der theoretischen Medizin, insbesondere Theorie des Gehirns, der Kognition und der Sensorik-Motorik. Diese Methoden werden auch genutzt um neuronal inspirierte technische System der Informationsverarbeitung zu entwickeln. Lehrformen: Vorlesung, Übung, Seminar


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der mündlichen Prüfung. Zulassungsvoraussetzung zur mündlichen Prüfung: Nachweis von mindestens 13 CP Verwendung des Moduls: Wahlpflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Schöner (Modulbeauftragter, RUB), Wiskott, Glasmachers, Grauer , Würtz , Dinse, Jancke, Winter, Schlipsing, Houben, Dreher (von der RUB) und Löw, Kierfeld, Uhrig, Stolze, Rudolph, Fink, Buchholz, Krumm, Müller (von der TU Do) Sonstige Informationen: Bzgl. Beratung und Koordination der Veranstaltungen wenden Sie sich bitte an den Modulbeauftragten.

In diesem Modul kann aus einer Vielzahl an Veranstaltungen ein individueller Schwerpunkt in engem Gespräch mit den Modulbeauftragten zusammengestellt werden. Beispiele für solche Schwerpunkte sind:

Schwerpunkt Modellierung (15 CP): • Mathematics for Modeling and Data Analysis (6 CP) • Modellbildung, Simulation und Analyse (6 CP) • Neuroscience - Neural Dynamics (3 CP)

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Schwerpunkt Optimierung (17 CP): • Praktische Optimierung (8 CP) • Computational Physics (9 CP)

Schwerpunkt Maschinelles Lernen (22-24 CP):

• Machine Learning - Unsupervised Methods (6 CP) • Machine Learning - Evolutionary Algorithms (6 CP) • Machine Learning - Supervised Methods (6 CP) oder Mustererkennung (8 CP) • Digitale Bildverarbeitung (4 CP)

Schwerpunkt Neurowissenschaften (21 CP):

• Neuroscience - Neural Dynamics (3 CP) • Neuroscience - Vision and Memory (6 CP) • Autonomous Robotics: Action, Perception, and Cognition (3 CP) • Datenvisualisierung (9 CP)

Lehrveranstaltungen im Modul:

Veranstaltung Anbieter SWS CPs Autonomous Robotics: Action, Perception, and Cognition (Vorlesung und Übung)

Schöner (INI, RUB) 3 5

Computational Neuroscience: Neural Dynamics Cognition (Vorlesung und Übung)

Schöner (INI, RUB) 3 5

Computational Neuroscience: Vision and Memory Cognition (Vorlesung und Übung)

Wiskott (INI, RUB) 4 6

Machine Learning: Unsupervised Methods Cognition (Vorlesung und Übung)

Wiskott (INI, RUB) 4 6

Machine Learning: Supervised Methods Cognition (Vorlesung und Übung)

Glasmachers (INI, RUB) 4 6

Evolutionäre Algorithmen Cognition (Vorlesung und Übung)

Glasmachers (INI, RUB) 4 6

Digitale Bildverarbeitung, (Vorlesung und Übung) Winter, Schlipsing, Houben (INI, RUB)

3 5

Computational Physics Löw, Kierfeld, Uhrig, Stolze, (TuDo), Dreher (RUB)

6 9

Praktische Optimierung Rudolph (IT, TuDo) 6 8 Mustererkennung Fink (IT, TuDo) 6 8 Modellbildung, Simulation und Analyse Buchholz (IT, TuDo) 4 6 Sicherheit im Netz Krumm (IT, TuDo) 4 6 Datenvisualisierung Müller (IT, TuDo) 4 6 Embedded Systems N. N. (TuDo) 6 8

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Modul: Methodenkenntnis und Projektplanung (M.Sc.)


Semester: 3.

Häufigkeit des Angebots:

Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: a) Praktische Übung b) Seminar



Veranstaltungen:

Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch oder Englisch Studienort: Bochum und Dortmund Lernergebnisse: a) Die Studierenden haben in den praktischen Übungen die notwendigen praktischen Kompetenzen erlernt, um mit der Masterarbeit zu beginnen. Dies beinhaltet je nach gewähltem Schwerpunkt entweder experimentelle Kompetenzen (z.B. Bedienung eines Experimentiergeräts) oder theoretische Kompetenzen (z.B. Bedienung des notwendigen Computercodes). Zusätzlich finden sich die Studierenden in der Arbeitsgruppe zurecht und können die wissenschaftlichen Fragestellungen einordnen. Des weiteren haben die Studierenden die ersten Grundzüge des Zeitmanagements und der Projektarbeit erlernt und sind in der Lage, die anstehende Masterarbeit zeitlich und inhaltlich um zu setzen. b) Das Seminar dient zur Erarbeitung eines konkreten Themas für die Masterarbeit. Inhalte: a) In den praktischen Übungen werden die benötigten konkreten Arbeitsmethoden der Gruppe erlernt. Nach einer intensiven Einarbeitungsphase haben die Studierenden die Möglichkeit, sich an der Konkretisierung ihres Themas für die Masterarbeit einzubringen. Zusätzlich wird ein Zeitplan für die Durchführung der Masterarbeit erstellt und die Umsetzbarkeit überprüft. b) Das Seminar dient der Erarbeitung eines konkreten Themas für die Masterarbeit. Zu Beginn des Seminars werden verschiedene Themen von den Betreuern/-innen ausgegeben. Innerhalb der Seminarreihe werden einzelne Themen erarbeitet. Lehrformen: Praktische Übung, Seminare

Prüfungsformen: Vortrag Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Aktive Teilnahme an den praktischen Übungen, Einzelvortrag Verwendung des Moduls: Pflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: unbenotetes Modul, geht nicht in die Endnote ein Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Professorinnen und Professoren, Privatdozentinnen und Privatdozenten der Fakultäten für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität, der Fakultät für Physik der Technischen Hochschule Dortmund oder auf Antrag anderer Fakultäten oder Universitäten Sonstige Informationen:

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Modul: Forschungspraktikum


Semester: 3. und 4.

Häufigkeit des Angebots: SS + WS

Dauer: 2 Semester

Lehrveran- staltungsart: a) Praktikum

Präsenzzeit: a) 200 h


Veranstaltungen:

Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch oder Englisch Studienort: Bochum und Dortmund Lernergebnisse: Die Studierenden erlernen spezielle Methoden der experimentellen Praxis und die notwendigen theoretischen Fertigkeiten. Sie haben einen tieferen Einblick in die Forschungslandschaft des gewählten Schwerpunktes erhalten. Die Studierenden haben gelernt, den aktuellen Stand ihrer Arbeit zu dokumentieren und in Form eines schriftlichen Berichts sachgerecht zu dokumentieren. Sie sind in der Lage, Fortschritte und Rückschläge zu erläutern. Des Weiteren können sie die zurückliegenden Projektphasen analysieren und daraus neue Projektschritte erarbeiten. Sie können die Projektschritte anhand von Beispielen erläutern. Sie können Erfolge, Probleme und Schwierigkeiten analysieren und Vorschläge für weitere Projekte erarbeiten. Inhalte: Das Forschungspraktikum ist zeitlich individuell gestaltbar und unterliegt der Verantwortung des Studierenden. Jede/r Studierende berichtet zuerst über die Projektidee und die Lösungsansätze. Nach eingehender Diskussion wird der „rote Faden“ mit dem verantwortlichen Lehrenden festgelegt. Im Verlauf des Moduls werden die Fortschritte und Schwierigkeiten analysiert. Das Ergebnis dieser Analyse soll Ausgangspunkt für die weitere Planung sein. Die Erläuterungen bzw. Argumentationen können mit Hilfe von Graphen oder einer Präsentation unterstützt werden. Der schriftliche Abschlussbericht soll einen kurzen Überblick über den Verlauf des Praktikums enthalten. Im Fokus steht hier die Konzentration der Information auf maximal 5 Seiten. Lehrformen: Praktikum

Prüfungsformen: schriftlicher Bericht Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Pflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Professorinnen und Professoren, Privatdozentinnen und Privatdozenten der Fakultäten für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität, der Fakultät für Physik der Technischen Hochschule Dortmund oder auf Antrag anderer Fakultäten oder Universitäten Sonstige Informationen:

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Modul: Masterarbeit

Workload/ Credits 900 h / 30 CP

Semester: 3. - 4.


Dauer: 2 Semester

Lehrveran- staltungsart: Abschlussarbeit

Präsenzzeit: 720 h


Veranstaltungen:

Teilnahmevoraussetzungen: Studienleistungen im Umfang von min. 50 CP müssen nachgewiesen werden. Sprache: Deutsch oder Englisch Studienort: Bochum und Dortmund Lernergebnisse: Die Studierenden haben die Fähigkeit erworben, ein definiertes physikalisches Problem innerhalb einer vorgegebenen Frist mit anspruchsvollen wissenschaftlichen Methoden zu bearbeiten und die Ergebnisse sachgerecht darzustellen. Inhalte: Selbstständiger Aufbau eines Experiments bzw. eines theoretischen Modells, eigenständige Planung und Durchführung der Experimente bzw. der Rechnungen/Simulationen, Analyse der Ergebnisse, Optimierung der Prozesse, Dokumentation der Verfahrensschritte Thema und Aufgabe sind so zu formulieren, dass sie innerhalb von 9 Monaten mit einem Arbeitsaufwand im Umfang von 30 CP bearbeitet werden können. Lehrformen: Vorlesung, Übung

Prüfungsformen: Verfassen einer wissenschaftliche Arbeit Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der Prüfungsleistung Verwendung des Moduls: Pflichtmodul Stellenwert der Note für die Endnote: Gewichtung mit CP Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Professorinnen und Professoren, Privatdozentinnen und Privatdozenten der Fakultäten für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität, der Fakultät für Physik der Technischen Hochschule Dortmund oder auf Antrag anderer Fakultäten oder Universitäten Sonstige Informationen:

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Schwerpunkt:

Angewandte Physik in der Medizin

Beschreibung der Lehrveranstaltungen

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Veranstaltung Plasmadiagnostik


Semester: 1. oder .2.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: 2 SWS Vorlesung 1 SWS Übung

Präsenzzeit: 30 h 15 h


Veranstaltungsort: Bochum

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch oder Englisch Lernergebnisse: Die Studierenden haben verschiedene Verfahren zur Diagnostik an Plasmen kennen und verstehen ge-lernt. Inhalte: Die Vorlesung führt in die Grundlagen der optischen Plasmadiagnostik ein. Es werden die wesentlichen plasma- und atomphysikalischen Konzepte vorgestellt. Die spektroskopischen Methoden werden im Detail erläutert, die daraus unmittelbar und mittelbar ableitbaren Parameter wie z.B. Elektronendichte- und temperatur diskutiert, und der jeweilige Anwendungsbereich, sowie die Grenzen der Methoden aufgezeigt. Besonderer Wert wird auch auf die Vermittlung der experimentellen Methodik gelegt, d.h. Funktionsweise und Einsatz optischer Komponenten und Geräte. In Ergänzung zu den optischen Me-thoden wird schließlich auch auf die energieaufgelöste Massenspektroskopie zum Nachweis von Ato-men, Molekülen und Ionen eingegangen. Lehrformen: Vorlesung, Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung wird in Form einer mündlichen Prüfung erbracht. Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Angewandte Physik in der Medizin Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Schulz-von der Gathen (RUB), A. von Keudell (RUB) – Modulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Computational Cardiology




Dauer: 1 Semester





Teilnahmevoraussetzungen: empfohlen werden gute Mathematik Kenntnisse, Elektrodynamik und/oder partielle Differentialgleichungen, Programmierung und Numerik auf dem Niveau von Computational Physics I oder vergleichbar Sprache: Deutsch oder Englisch Lernergebnisse: Erwerb der Kenntnis der elektrophysiologischen Zusammenhänge der Erregungsleitung im Herzen und ihre mathematische Modellierung. Erlernen des Einsatzes numerischer Verfahren für grosskalige zeitabhängige Simulation von Reizleitung, Störungen und Therapien. Einblick in die Implementation einfacher numerischer Verfahren. Inhalte:

- Grundlagen der Elektrophysiologie des Herzens, Erregungsstörungen - Zellmembranmodelle als dynamische Systeme - Numerische Methoden für gewöhnliche Differentialgleichungen - Modelle des Herzmuskelgewebes: Bi- und Monodomainmodell, Reaktions-

Diffusionsgleichungen Finite-Differenzen-, volumen- und gitterfrei Diskretisierungen - Parallelisierung - Überblick über aktuelle Anwendungsstudien und deren numerische Umsetzung


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung wird in Form einer mündlichen Prüfung erbracht. Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Angewandte Physik in der Medizin Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dreher (RUB), A. von Keudell (RUB) – Modulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Biomedizinische Anwendungen in der Plasmatechnik




Dauer: 1 Semester





Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden beherrschen die wichtigsten biologischen und medizinischen Grundbegriffe und grundlegende Kenntnisse über die derzeitig wesentlichen biomedizinischen Anwendungen in der Plasmatechnik. Inhalte: Erst seit wenigen Jahren erfreut sich die Plasmatechnik einer stark zunehmenden Anwendung in der Medizintechnik. Dabei spielt die Wechselwirkung zwischen dem Plasma und dem biologischen Material eine entscheidende Rolle. Die Vorlesung nimmt diese neue Forschungsrichtung auf und erläutert die wichtigsten biologischen und medizinischen Grundbegriffe, sowie die derzeit wesentlichen biomedizini-schen Anwendungen. Folgende Gliederung liegt der Vorlesung zugrunde:

1. Grundlagen Plasma 2. Atmospärendruckplasmen und Niederdruckplasmen 3. Bestandteile des Plasmas, Wirkmechanismen 4. Grundlagen und Anwendung der Plasmasterilisation 5. Beschichtung für biomedizinische Anwendungen 6. Grundbegriffe der Mikrobiologie 7. Einfluss von Plasma auf Pro- und Eukaryonten 8. Zellkomponenten und der Einfluss von Plasma 9. Plasma-Medizin


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung wird in Form einer mündlichen Prüfung erbracht. Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Angewandte Physik in der Medizin Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Stapelmann (RUB), Lackmann (RUB), A. von Keudell (RUB) – Modulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Laser – Arten und Anwendungen



Häufigkeit des Angebots: WS / SS

Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: 2 SWS Seminar

Präsenzzeit: 30 h


Veranstaltungsort: Dortmund

Teilnahmevoraussetzungen: Vorkenntnisse aus Festkörperphysik oder Festkörperspektroskopie Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden lernen aktuelle Probleme bei der Erzeugung und Nutzung von Lasern kennen. Der vorgeschriebene eigene Vortrag schult Kompetenzen im Bereich wissenschaftlicher Recherche- und Präsentationstechniken. Unterschiedliche Vorgehensweisen und Arbeitsmethoden gewähren einen Überblick der Forschung mit Laserstrahlung. Inhalte: Laserprozesse, Lasertypen (Festkörper-, Gas-, Halbleiter-, Elektronenlaser etc.), Erzeugung und Anwendung ultrakurzer Laserpulse, Erzeugung und Anwendung extrem schmalbandiger Laser, Hochleistungslaser, Laser für Kommunikation und Nachrichtenübertragung, Laser in der Medizin Lehrformen: Vorlesung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung wird in Form eines Vortrages erbracht. Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Angewandte Physik in der Medizin Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: M. Betz (TuDo), A. von Keudell (RUB) – Modulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Atomar aufgelöste Oberflächen- und Grenzflächenanalyse


Semester: 1. – 3.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: 2SWS Vorlesung

Präsenzzeit: 30 h



Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden lernen verschiedene Methoden zur Untersuchung der nanoskopischen Struktur von Oberflächen und Grenzflächen, bis hin zu Methoden mit atomarer Auflösung kennen. Insbesondere werden Methoden zur Realraumabbildung mit Beugungsmethoden verglichen. Die Darstellung der grundlegenden Mechanismen wird mit vielen Beispielen aus der aktuellen Forschung ergänzt. Anwendungsfelder wie die Nanotechnologie werden aufgezeigt. Inhalte: Einführung: Grundlegende Eigenschaften von Oberflächen / Grenzflächen; Methoden zur Realraumabbildung (Rastertunnelmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie etc.); Beugung mit Elektronen- und Atomstrahlen an Oberflächen; Untersuchung von Nanostrukturen an Oberflächen; Röntgen- und Neutronenstreuung (Grundlagen); Röntgenreflektivität an Oberflächen und Grenzflächen: Theorie und Beispiele. Lehrformen: Vorlesung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Angewandte Physik in der Medizin Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: H. Hövel, (TuDo) M. Tolan, (TuDo), A. von Keudell (RUB) – Modulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Quantenoptik


Semester: 2.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 60 h



Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden lernen Grundlagen der klassischen Theorie und der Quantentheorie der LichtMaterie-Wechselwirkung kennen. Sie können die Konzepte der Laserphysik anwenden und kennen die Möglichkeiten der technischen Realisierung von Lasern. Zudem werden die Erzeugung kurzer und ultrakurzer Lichtimpulse und ihre Anwendung zu zeitaufgelösten und nichtlinear optischen Experimenten diskutiert. Die Studierenden beherrschen damit die Grundlagen für experimentelles Arbeiten in einem Laserlabor. Inhalte: Grundlagen und Anwendungen von kohärentem Licht und seinen Wechselwirkungen: Klassische und quantenmechanische Licht-Materie-Wechselwirkung, optische Zwei-NiveauSysteme, optische Emission und Absorption, Lasertätigkeit: Lichtverstärkung und Schwellenbedingungen, aktive Lasermedien und ihre Pumpmechanismen, LaserResonatoren, transiente Phänomene und Multimoden-Laserbetrieb, Grundlagen der nichtlinearen Optik, optische Summen- und Differenzfrequenzerzeugung, optisch parametrischer Oszillator/Verstärker, Selbstfokussierung und Selbstphasenmodulation. Lehrformen: Vorlesung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Angewandte Physik in der Medizin Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: M. Betz (TuDo), A. von Keudell (RUB) – Modulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Schwerpunkt:

Bildgebende Verfahren


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Veranstaltung Masterseminar Medizintechnik

Workload/ Credits 90 h/ 3CP

Semester: 1.-2.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: Seminar

Präsenzzeit: 42 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden sind befähigt, selbständig Literatur zu einem gegebenen Thema zu sichten und die wesentlichen Inhalte zu erfassen und wiederzugeben. Sie haben die Schlüsselqualifikationen zur Präsentation ihrer Ergebnisse erworben: sowohl die schriftliche Ausarbeitung eines Themas, als auch Präsentationstechniken und rhetorische Techniken. Inhalte: Es werden aktuelle Themen aus dem Bereich der medizinischen Bildgebung und Bildverarbeitung von den Studierenden vorbereitet, schriftlich ausgearbeitet und in Vorträgen vorgestellt. Die Vorträge werden in Bezug auf Inhalt und Darstellung diskutiert. Lehrformen: Seminar (Vorträge der Teilnehmer, Betreuung der Vorbereitung der Vorträge)

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Seminarbeitrag, Besuch aller Seminarbeiträge. Verwendung des Submoduls: Teil des Moduls Bildgebende Verfahren Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: G. Schmitz (RUB), Lehrender und Modulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Masterseminar Biomedical Optics


Semester: 1.-2.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: Seminar

Präsenzzeit: 42 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Englisch Lernergebnisse: The students have learned how to investigate and deal with scientific information while acquiring presentation techniques. They have gained knowledge of current research activities of optical measurement techniques for biomedical applications. Inhalte: Exemplary topics are optical coherence tomography, confocal microscopy, fluorescence spectroscopy etc. Lehrformen: Seminar (Vorträge der Teilnehmer, Betreuung der Vorbereitung der Vorträge)

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Seminarbeitrag, continual assessment Verwendung des Submoduls: Teil des Moduls Bildgebende Verfahren Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: M. Hofmann (RUB), Lehrender und Submodulverantwortlicher Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Tomographische Abbildungsverfahren

Workload/ Credits 150h / 5CP

Semester: 1.-2.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: Vorlesung

Präsenzzeit: 56 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden haben fachspezifische Grundlagen zur Technik medizinischer Bildgebungsverfahren erworben. Die Studierenden haben insbesondere die Fähigkeit erlangt, Problemstellungen, die eine tomographische Rekonstruktion ermöglichen, zu erkennen und Algorithmen zu deren Lösung zu formulieren. Inhalte: Mit Hilfe tomographischer Abbildungsverfahren können aus Projektionen, d.h. aus gemessenen, integralen Beziehungen physikalischer Parameter, Schnittbilder von Gewebe- und Knochenstrukturen rekonstruiert werden. Bei der Computertomographie (CT) wird die Durchdringung von Röntgenstrahlen durch ein abzubildendes Volumen unter verschiedenen Winkeln gemessen, und es erfolgt eine Rekonstruktion des Röntgenschwächungskoeffizienten. Bei der Magnetresonanz-Tomographie (MR-Tomographie) werden hingegen kernmagnetische Resonanzeffekte genutzt, und es werden Relaxationszeiten bzw. Protonendichten abgebildet. Es werden von den physikalischen und mathematischen Grundlagen bis zu praktisch wichtigen Rekonstruktionsverfahren alle Schritte von der Datenaufnahme bis zum Bild vermittelt. Lehrformen: Vorlesung und Übung, rechnerbasierte Präsentation/Tafelanschrieb

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Prüfungsgespräch Verwendung des Submoduls: Teil des Moduls Bildgebende Verfahren Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: G. Schmitz, Lehrender und Submodulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Ultraschall in der Medizin


Semester: 1.-2.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 56 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden haben grundlegende und vertiefte Kenntnisse aus dem Bereich der Ultraschalltechnik, insbesondere zur Wellenausbreitung, auch in Relation zu vergleichbaren elektromagnetischen Vorgängen, außerdem zur Erzeugung, zum Empfang und zur Verarbeitung von Ultraschallsignalen mit Schwerpunkt auf Konzepten der Bildgebung und Bildverarbeitung, und teilweise auch mit Bezug zu aktuellen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Inhalte: Es werden die Grundlagen der Ultraschallphysik und darauf aufbauend technische Elemente und Konzepte von Systemen für die medizinische Diagnostik und Therapie behandelt. Ferner werden Anwendungen der Ultraschalltechnik in technischen Bereichen (Materialprüfung, Fernerkundung, Industriesensorik, Signalverarbeitung) vorgestellt. Es werden behandelt: • Ultraschallausbreitung in verschiedenen Medien (Fluide Medien, Festkörper) • Ultraschallwandler • Ultraschall in der Medizin (Diagnostik, Bildgebende Verfahren, Ultraschall-Therapiesysteme) • Technische Ultraschallanwendungen (Werkstoffprüfung, Fernerkundung, Industriesensorik, Signalverarbeitung) Lehrformen: Vorlesung und Übung, rechnerbasierte Präsentation/Tafelanschrieb

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Prüfungsgespräch Verwendung des Submoduls: Teil des Moduls Bildgebende Verfahren Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: G. Schmitz, Lehrender und Submodulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Bildverarbeitung in der Medizin


Semester: 1.-2.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 56 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden haben die Fähigkeit, die Grundlagen der zwei- und mehrdimensionalen Signalverarbeitung sicher anwenden zu können. Sie beherrschen Techniken und Strategien, um typische Aufgabenstellungen in der Bildverarbeitung selbständig lösen zu können. Durch Übungen haben sie vertiefte Programmierkenntnisse in Matlab. Durch das Anwendungsgebiet der medizinischen Bildverarbeitung sind die Studierenden zur Analyse fachübergreifender, interdisziplinärer Fragestellungen qualifiziert. Inhalte: Es werden die Grundlagen und spezielle Verfahren der Bildverarbeitung vorgestellt, die insbesondere bei medizinischen Bilddaten Anwendung finden. Viele Verfahren werden jedoch auch in anderen Anwendungsfeldern wie z.B. der industriellen Bildverarbeitung eingesetzt. Im ersten Abschnitt wird die Rezeption durch das menschliche visuelle System behandelt. Außerdem werden Definitionen und Grundlagen für die Bildverarbeitung eingeführt (z.B. Diskretisierung, Abtasttheorem, globale Kenngrößen von Bildern). Im zweiten Abschnitt wird ein Überblick über die Quellen medizinischer Bilddaten gegeben. Der dritte Abschnitt vermittelt die wichtigsten Operationen im Ortsbereich, angefangen bei der Histogrammmodulation, über Filterung und morphologische Operationen, bis zu einfachen geometrischen Bildoperationen. Der vierte Abschnitt umfasst Methoden der Informationsextraktion (Segmentierung, Texturanalyse, Formbeschreibung) und Klassifizierung. Im fünften Abschnitt liegt der Schwerpunkt auf der Bildrestauration. Zusätzlich wird ein Überblick über die Bildkompression, Bildregistrierung und 3D-Visualisierung gegeben. Lehrformen: Vorlesung und Übung, rechnerbasierte Präsentation/Tafelanschrieb, Matlab-Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Prüfungsgespräch Verwendung des Submoduls: Teil des Moduls Bildgebende Verfahren Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: S. Dencks, Lehrende, G. Schmitz, Submodulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Biomedizinische Funktionssysteme I


Semester: 1.-2.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 42 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden haben sich physiologisches Grundwissen angeeignet und kennen einige medizintechnische Verfahren, die in direktem Bezug dazu stehen. Ihr Interesse, an der Schnittstelle Medizin/Technik zu arbeiten, wurde verstärkt. Inhalte: Die Vorlesung behandelt die physiologischen Grundlagen wichtiger Funktions-/Organsysteme, die in die Nachrichtenverarbeitung und Regelung im Körper involviert sind. Bei der Stoffauswahl wurde u.a. auch darauf geachtet, dass vornehmlich solche Teilsysteme des Körpers behandelt werden, die häufig von Krankheiten betroffen sind und bei deren Diagnostik / Therapie eine starke medizintechnische Durchdringung besteht. Vorlesungsinhalte sind: • Grundlagen der neuronalen Informationsleitung und -verarbeitung: Bioelektrische Vorgänge an Nervenzellmembranen (Gleichgewichts-, Ruhe- und Aktionspotenzial), Grundbausteine der neuronalen Informationsverarbeitung (synaptische Aktivierung/ Hemmung, räumliche und zeitliche Summation, laterale Inhibition etc.). • Das sensorische System (somatoviszerale Sensibilität): Vermittelt werden Grundkenntnisse zu verschiedenen Sensortypen, der Messwertumwandlung (Transduktion und Transformation) und der Weiterverabeitung. • Das motorische System: Physiologie des Muskels, neuronale Ansteuerung, spinale und supraspinale Sensomotorik. • Struktur und Funktion des autonomen Nervensystems (ANS): Sympathikus, Parasympathikus, Medulla oblongata, Hypothalamus, NeuroHumorales Interface. • Das Herz-Kreislauf-System: Aufbau, Herzmechanik, elektrische Erregungsprozesse am Herzen, Kreislaufsystem, Regulationsvorgänge, Messung von Kreislaufparametern. • Atmung: Aufbau, Atemmechanik, alveoläre Ventilation, Gasaustausch, Atmungsregulation, Spirometrie und Messverfahren mit Indikatorgasen. • Darstellung der wesentlichen Biopotenziale: EKG, EMG, EEG, EOG. Beispiele für evozierte Potenziale. Lehrformen: Vorlesung und Übung, rechnerbasierte Präsentation/Tafelanschrieb, Matlab-Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Prüfungsgespräch Verwendung des Submoduls: Teil des Moduls Bildgebende Verfahren Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: M. Hexamer, Lehrender und Submodulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Biomedizinische Funktionssysteme II


Semester: 1.-2.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 42 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden haben aufbauend auf der Veranstaltung „Biomedizinische Funktionssysteme I“ ihr medizinisch/physiologisches Grundwissen ausgebaut und weitere medizintechnische Verfahren kennen gelernt. Inhalte: Die Vorlesung stellt die physiologischen Grundlagen weiterer Organsysteme dar und behandelt medizintechnische Geräte/Verfahren zur Diagnose/Therapie diesbezüglicher Erkrankungen. Vorlesungsinhalte sind: • Grundlagen der Messung von Biopotenzialen (Elektroden, Differenzverstärker,

Instrumentenverstärker, Potenzialtrennung, Filterung, Störungsunterdrückung). • Einflussnahme auf Körperfunktionen durch neuronale oder muskuläre Elektrostimulation:

Stimulation des Skelettmuskels, Herzschrittmacher, Defibrillatoren, Blasen- und Hirnstimulation. • Grundlagen der Nierenfunktion: Aufbau, Filtration, Resorption, Mitwirkung bei der Blutvolumen-/

Blutdruckregulation. Einige wesentliche Aspekte der Hämodialyse werden vorgestellt. • Anmerkungen zum Salz-Wasser- und Säure-Basen-Haushalt. • Funktionen von Blut, Messung des Hämoglobingehaltes und der Sauerstoffsättigung (Pulsoxymetrie). • Ernährung und Energiehaushalt: Nährstoffe und Nahrungsbestandteile, Energiebilanz, Messung des

Energieumsatzes. • Grundlagen der Leistungsphysiologie: Anpassungen des autonomen Nervensystems, des Herz-

Kreislauf-Systems und der Atmung, Auswirkung von Training, Leistungstests. • Temperaturphysiologie: Wärmebildung, Wärmetransfer, Wärmebilanz, Temperaturregulation,

Hyperthermie, Hypothermie, Fieber. • Sehsinn: Aufbau des Auges, Dioptischer Apparat, Abbildungsfehler, Transduktion und

Transformation, Hell-Dunkel-Adaption, Anmerkungen zur neuronalen Weiterverarbeitung. • Hörsinn: Aufbau des Ohrs, Schallleitung, Transduktion und Transformation, Anmerkungen zur

neuronalen Weiterverarbeitung. • Intensivmedizinische Maßnahmen mit medizintechnischem Bezug: Beatmung, Narkose, Anästhesie,

Herz-Lungen-Maschine, ECMO, Herzunterstützungssysteme. Lehrformen: Vorlesung und Übung, rechnerbasierte Präsentation/Tafelanschrieb, Matlab-Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Prüfungsgespräch Verwendung des Submoduls: Teil des Moduls Bildgebende Verfahren Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: M. Hexamer, Lehrender und Submodulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Schwerpunkt:

Biophysik


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Veranstaltung: Biophotonik und diagnostisches Imaging (vormals A-Modul II: Molekulare Biophysik)


Semester: 1.


Dauer: 3. Semester-drittel


Präsenzzeit: 160 h


Veranstaltungsort: Bochum / LS Biophysik

Teilnahmevoraussetzungen: Bachelor-Abschluss in Biologie, Physik, Med. Physik, Chemie Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden erlernen den Umgang mit biophysikalischen Forschungsgeräten im Umfeld von aktuellen Forschungsthemen. Sie vertiefen ihr Verständnis von moderner Biophysik und entwickeln Fähigkeiten, die zur Durchführung und schriftlichen Darstellung aktueller Forschungsarbeiten notwendig sind (Protokoll). Den Studierenden werden interdisziplinäre Denk- und Arbeitsweisen vermittelt, indem die im experimentellen Teil gesammelten Spektral- und Strukturdaten mit Werkzeugen der Bioinformatik analysiert und die Ergebnisse anschließend präsentiert werden (Vortrag). Inhalte: Dieser Kurs für Fortgeschrittene geht über den Grundkurs hinaus: die bereits dort erlernten Techniken werden nun eingesetzt, um Moleküle zu untersuchen, die im aktuellen Interesse der Forschung des Lehrstuhls sind, insbesondere auf den beiden Gebieten der Protein-Strukturanalyse sowie der Spektroskopie. Diese Themen werden ergänzt durch bioinformatorische Bild- und Signalverarbeitung zur Analyse mikroskopischer und spektroskopischer Daten. Anhand der am Lehrstuhl etablierten Techniken werden Proteine der Signaltransduktion (GTPasen, GPCR, Rhodopsin), Ionentranslokation (bR, Cytochromoxidase, ATPase) und photosynthetische Reaktionszentren (bakterielles RC, PSII) untersucht. Die ganze am Lehrstuhl vertretene Methodenvielfalt (Molekularbiologie, Spektroskopie, Röntgenstrukturaufklärung) wird dazu in sinnvoller Weise eingesetzt, um die individuellen Aufgabenstellungen zu bearbeiten. Spektroskopie: Vermittelt werden Grundlagen und Praxis der am Lehrstuhl etablierten bildgebenden Mikrospektroskopie, insbesondere der FTIR-, Raman-, und CARS-Mikroskopie sowie der Fluoreszenz-Mikropskopie. Darüber hinaus wird das spektrale Vermessen von flüssigem Probenmaterial und die Analyse der anfallenden Spektraldaten vermittelt. Bioinformatik: Zur Analyse der im Rahmen des Moduls experimentell gemessenen Daten werden die entsprechenden Techniken und Werkzeuge der Bioinformatik vermittelt. Hierzu gehören insbesondere die quantitative Bildanalyse, Co- Lokalisations-Studien, die Analyse morphologischer Strukturen sowie die Klassifikation von Spektraldaten, ebenso wie Methoden des maschinellen Lernens. In diesem Rahmen werden auch notwendige Programmierkenntnisse vermittelt. Auch dieses A-Modul für Fortgeschrittene wird mit der Präsentation und Diskussion der Ergebnisse in einem Minisymposium abgeschlossen. Versuchsprotokolle und Seminarvortrag bilden die Grundlage für die Vergabe des Scheins. Lehrformen: Vorlesung, Übung, Praktikum als vierwöchiger Block

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten Die CP werden vergeben, wenn ein korrektes Protokoll abgegeben wurde und der Hintergrund sowie die Ergebnisse einzelner Experimente in einem Seminarvortrag (20 Minuten plus 10 Minuten Diskussion) erfolgreich präsentiert wurden. Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Biophysik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Modulbeauftragter: K. Gerwert, Lehrende: K. Gerwert, E. Hofmann, C. Kötting, M. Lübben, A. Mosig, S. Wolf Sonstige Informationen:

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Veranstaltung: Biophysik II (Biomolekulare Struktur und Dynamik )


Semester: 1.


Dauer: WS

Lehrveran- staltungsart: Vorlesungen und praktiksche Übungen

Präsenzzeit: 40 h



Teilnahmevoraussetzungen: Bachelor-Abschluss in Biologie, Physik, Med. Physik, Chemie Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Vermittlung der vertiefenden Kenntnisse, die für eine erfolgreiche eigenständige experimentelle Arbeit im Bereich Biophysik notwendig sind. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf den in Bochum zentral eingesetzten Techniken der molekularen Biophysik, repräsentiert durch die Dozenten des LS Biophysik. Inhalte: Klaus Gerwert/Carsten Kötting: Spektroskopie (5 Wochen, 1h Vorlesung, 1 h Übung, ggfs. als Block) Steffen Wolf: Molekulare Simulationen (5 Wochen, 1h Vorlesung, 1 h Übung, ggfs. als Block) Eckhard Hofmann: Strukturbestimmungsmethoden (5 Wochen, 1h Vorlesung, 1 h Übung, ggfs. als Block) Mathias Lübben: Kinetische und thermodynamische Methoden (5 Wochen, 1h Vorlesung, 1 h Übung, ggfs. als Block) Lehrformen: Vorlesung (1 h/Woche), Übung (1h/Woche)

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Die CP werden vergeben, wenn die Vorlesung regelmäßig gehört wurde und korrekte Protokolle eingereicht worden sind (je 1 CP pro Dozent) Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Biophysik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Modulbeauftragter: K. Gerwert; Lehrende: K. Gerwert, E. Hofmann, C. Kötting, M. Lübben, A. Mosig, S. Wolf Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Introduction to Bioinformatics


Semester: 1.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: Lecture

Präsenzzeit: 45 h



Teilnahmevoraussetzungen: Bachelor degree in Biology, Physics, Medicinal Physics, Chemistry Sprache: Englisch Lernergebnisse: The students should become acquainted with the potential of bioinformatics for molecular and systemic life sciences. Not only basic theoretical concepts will be covered, a major focus is also on the direct application of knowledge. Concrete problems are discussed and their practical solution is practiced in computer assignments. The goal of this course is to enable students to address standard tasks in molecular and structural biology by means of computer methods. Inhalte: Introduction to bioinformatics: role of computer and internet for biology and medicine as a scientific gateway to obtain biological information. Structure of biological information: Genes, genomes, proteins, proteomes. Analysis of their composition by use of open source and proprietary software. DNA sequencing, next-generation sequencing techniques for the analysis of large genomes and transcriptomes. Structure and use of DNA- und protein-related data banks. Binary sequence comparison, dot plots, local and global sequence comparison. Homology search. Motif and profile analysis. Distance matrix and parsimony analysis, construction of phylogenetic trees. Structure determination methods, structure data bases, data file formats, use of graphical molecular viewers. Validation of molecular structures. Introduction to structure prediction of proteins and ribonucleic acids. Potentials and force fields of proteins. Application of Newtons equations to describe molecular dynamics; restrainsts, constraints. Quantum mechanics and classical approximation. Annealing protocols Lehrformen: Lecture (2 h/week), Computer-Practical (1h/week)

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Biophysik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Modulbeauftragter: K. Gerwert; Lehrende: M. Lübben, A. Mosig, R. Stoll, S. Wolf Sonstige Informationen: The course material (slides of lectures and scripts of computer practicals) is available on blackboard. Video recordings of some lectures and exercises can be downloaded.

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Veranstaltung Molekulare Biologie der Proteine


Semester: 1.


Dauer: 1. Semester-drittel


Präsenzzeit: 160 h



Teilnahmevoraussetzungen: Bachelor-Abschluss in Biologie, Physik, Med. Physik, Chemie Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden entwickeln Verständnis und praktische Fähigkeiten für moderne Biophysik, sowohl in praktischen Experimenten, als auch vor allem bei der computergestützten Auswertung. Nach Ende des Moduls haben die Studierenden einen Überblick über die verschiedenen biophysikalischen und auch bioinformatischen Methoden erlangt, die von den beteiligten Gruppen bei der molekularen Analyse von Proteinen eingesetzt werden. Dies beinhaltet das Verständnis sowohl der theoretischen und experimentellen Grundlagen (Klausur), als auch die experimentelle Um- setzung und Auswertung am Computer (Protokoll). Exemplarisch werden die Studierenden ausgewählte Enzyme, Onkogene und Transportproteine strukturell und funktionell verstehen (Klausur). Die Studierenden lernen, diese Informationen komprimiert darzustellen und in einem Kurzvortrag zu kommunizieren (Vortrag). Inhalte: Die moderne Biophysik bedient sich aller geeigneten Techniken aus Physik und physikalischer Chemie, um die Strukturen und Prozesse lebender Systeme bis hinunter zur atomaren Ebene darzustellen und zu verstehen. Computer haben sich als wichtige Hilfsmittel erwiesen einerseits zur Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten aller Art, anderseits auch als Grundlage der Bioinformatik. Es ist zu erwarten, dass diese Aspekte im Berufsleben eines Medizinphysikers einen erheblichen Raum einnehmen. Daher führt dieses Blockpraktikum die Studenten in die computerbasierte Arbeit mit verschiedenen Techniken moderner Biologie und Biophysik ein. Der Schwerpunkt liegt auf diesem Gebiet, es werden aber auch nasschemische und biophysikalische Experimente durchgeführt. Spektroskopie: Messung des Photozyklus von Bakteriorhodopsin mit Vis- und FTIR-Spektroskopie. Einfluss von Punktmutationen auf die Proteinfunktion. Sekundärstrukturanalyse mittels FTIR-Spektroskopie. Modellierung und Simulation von Proteinen: Sequenz- und Strukturdatenbanken im Internet. Programme und Methoden der Molekülgrafik. Simulation von Bewegungen. Erstellen von eigenen Videos. Kristallographie: Vollständige Strukturaufklärung von Lysozym aus Hühnereiweiß. Dies beinhaltet: Praktische Proteinkristallisation, Kristallmontage, Datensammlung, Strukturlösung mit Hilfe des molekularen Ersatzes, Modellbau, Strukturverfeinerung, Analyse des Strukturmodells. Bioinformatik: Biologische Sequenzdatenbanken (DNA und Proteine). Virtuelles Klonieren. Lokale und Globale Sequenzalignments. Protein-Strukturvorhersage. Homologiemodelling. Lehrformen: Vorlesung, Übung, Praktikum als vierwöchiger Block

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Die CP werden vergeben, wenn korrekte Protokolle eingereicht, ein Seminarvortrag (5 Minuten) erfolgreich gehalten und ein schriftlicher Test bestanden wurde Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Biophysik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Modulbeauftragter: K. Gerwert; Lehrende: E. Hofmann, K. Gerwert, C. Kötting, M. Lübben, A. Mosig, S. Wolf Sonstige Informationen:

51


Veranstaltung: Biophysik I (Grundlagen )


Semester: 1.


Dauer: SS


Präsenzzeit: 90 h



Teilnahmevoraussetzungen: Bachelor-Abschluss in Biologie, Physik, Med. Physik, Chemie Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Vermittlung der grundlegenden Kenntnisse, die für ein allgemeines Verständnis der Biophysik Biophysik und der wichtigsten eingesetzten Techniken notwendig sind. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf den in Bochum zentral eingesetzten Arbeitsmethoden der molekularen Biophysik. Inhalte: - Proteinaufbau - Membranaufbau - Transportprozesse - biologische Energieformen - biochemische Reaktionen - Strukturaufklärung - Molekularsimulationen - Spektroskopische Methoden - Zentrifugationsmethoden - Rastersondentechniken - Strahlen- und Umweltbiophysik Lehrformen: Vorlesung (4 h/Woche), Übung (2h/Woche)

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Biophysik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Modulbeauftragter: K. Gerwert, Lehrende: K. Gerwert, E. Hofmann, C. Kötting, M. Lübben, A. Mosig, S. Wolf Sonstige Informationen:

52


Veranstaltung: F-Praktikum Biophysik


Semester: 1. – 2.


Dauer: 2 Semester

Lehrveran- staltungsart: F-Praktikum (min. 5 FP)

Präsenzzeit: 24 h


Veranstaltugsort: Bochum/LS Biophysik

Teilnahmevoraussetzungen: empfohlen wird die Vorlesung „Einführung in die Biophysik“

Sprache: Deutsch

Lernergebnisse: Kenntnis experimenteller und theoretischer Methoden der modernen Biophysik, Einführung in aktuelle Problemstellungen; Erlernen experimentell-praktischer Lösungsstrategien Inhalte: Theoretische Inhalte: Strukturauflösende Methoden, Röntgenkristallographie, Energieverfeinerung, Modellierung, Kraftfelder, Molekulardynamik-Simulation, QM/MM Simulation, FTIR und Raman-Streuung, Spektroskopie in Anwendung auf aktuelle Fragestellungen, Bioinformatik Praktikums-Inhalte (Wahlmöglichkeiten): Versuche zur Zeitaufgelösten FT-IR – Spektroskopie Molekulardynamik-Simulation Proteinmodellierung UV/VIS-Spektroskopie Röntgenstrukturanalyse Lehrformen: Durchführung von insgesamt 3 Versuchen nach freier Wahl aus dem Praktikumsangebot des LS Biophysik Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Bestehen der mündlichen Einzelprüfung vor Versuchsbeginn (Antestat), Akzeptanz der erstellten Versuchsprotokolle Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunkts Biophysik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: K. Gerwert (Modulbeauftragter), E. Hofmann, C. Kötting, M. Lübben, S. Wolf Sonstige Informationen:

53


Veranstaltung Methoden der Bioinformatik


Semester: 1.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: Vorlesung, Übung

Präsenzzeit: 40 h



Teilnahmevoraussetzungen: Bachelor-Abschluss Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden erlernen die grundlegenden Konzepte sowie die Denk- und Arbeitsweisen, welche algorithmischen und statistischen Ansätzen der Bioinformatik zugrunde liegen. Es wird die Fähigkeit vermittelt, die Algorithmen für elementare Probleme der Bioinformatik zu verstehen und die Zusammenhänge zwischen Biologischer Fragestellung und algorithmischer Herangehensweise nachzuvollziehen. Des Weiteren lernen die Studierende, Biologische Fragestellungen eigenständig in algorithmische Ansätze zu übertragen („algorithmisches Modellieren“). Inhalte: Reguläre Ausdrücke und endliche Automaten; Grundlegende Konzepte der Berechenbarkeit und Komplexität; Algorithmen zum Vergleich von Sequenzen; Algorithmen und Modelle zur Vorhersage von RNA-Sekundärstrukturen; Distanzbasierte Rekonstruktion phylogenetischer Bäume und Netzwerke; Maximum Parsimony Phylogenie; Maximum Likelihood Statistik; Hidden Markov Modelle; Maximum Likelihood Phylogenie; Statistische Signifikanz lokaler Alignments. Lehrformen: Vorlesung (2h/Woche), Übung (1 h/Woche)

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Biophysik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: K. Gerwert (Modulbeauftragter); Lehrender: A. Mosig Sonstige Informationen:

54


Veranstaltung: Forschungs-Praktikum Biophysik (vormals S-Modul)


Semester: 1. – 2.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: Praktikum

Präsenzzeit: 160 h


Veranstaltugsort: Bochum/LS Biophysik

Teilnahmevoraussetzungen: empfohlen wird die Vorlesung „Einführung in die Biophysik“, empfohlen: F-Praktikum Biophysik

Sprache: Deutsch, Englisch (nach Vereinbarung)

Lernergebnisse: Kenntnis experimenteller und theoretischer Methoden der modernen Biophysik, Einführung in aktuelle, forschungsnahe Problemstellungen; Erlernen experimentell-praktischer Lösungsstrategien Inhalte: In dem Praktikum werden, abhängig von der Verfügbarkeit von Plätzen, forschungsnahe Themen unter Anleitung eines Wissenschaftlers innerhalb der Arbeitsgruppen des LS Biophysik bearbeitet. Die Inhalte werden nach Vereinbarung von den durchführenden Dozenten festgelegt. Die in Frage kommenden Themen werden vorzugsweise aus den folgenden Bereichen ausgewählt: Zeitaufgelöste FT-IR – Spektroskopie Molekulardynamik-Simulation Proteinmodellierung UV/VIS-Spektroskopie Röntgenstrukturanalyse Lehrformen: Durchführung des vierwöchigen Praktikums im LS Biophysik

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Akzeptanz der erstellten Versuchsprotokolle und einem Seminarvortrag (nach Vereinbarung) Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunkts Biophysik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende:K. Gerwert (Modulbeauftragter); E. Hofmann, C. Kötting, M. Lübben, S. Wolf Sonstige Informationen: Nach Vereinbarung kann das Praktikum auch für die Dauer von insgesamt 6 Wochen stattfinden (15 CP)

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Schwerpunkt:

Klinische Medizinphysik


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Veranstaltung: Praktikum zur Bestrahlungsplanung

Workload/ Credits: 180 h/ 6 CP

Semester: 1.

Häufigkeit des Angebots: Jährlich

Dauer: 2 Semester

Lehrveran- staltungsart:

Praktikum

Präsenzzeit:

60 h

Selbst- studium: 120 h

Veranstaltungsort:

Dortmund

Teilnahmevoraussetzungen: keine

Sprache: Deutsch

Lernergebnisse:

Die Studierenden sind mit den Modulen eines Bestrahlungsplanungssystems und verschiedenen Dosisberechnungsverfahren vertraut. Sie kennen das Volumenkonzept in der Strahlentherapie, den Einsatz der wichtigsten Bildgebenden Verfahren mit multimodaler Bildregistrierung und -fusionierung, sowie die wesentlichen Prinzipien der Planoptimierung (Schutz von Risikoorganen, homogene Bestrahlung des Zielvolumens). Sie können ein modernes 3D/4D-Bestrahlungsplanungssystem bedienen, Isodosenverläufe bewerten und Dosis-Volumen-Histogramme interpretieren.

Inhalte:

Einführung in die Grundlagen der Bestrahlungsplanung, Durchführung von Konturierungen und Bestrahlungsplanungen an einfachen Phantomen, aber auch interaktiver oder inverser Erstellung individueller Bestrahlungspläne für Patienten anhand anonymisierter Patientendaten.

Lehrformen: Praktikum

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung durch erfolgreiche Teilnahme am Praktikum

Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktmoduls Klinische Medizinphysik

Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: NN (TuDo), Dr. Ch. Fillafer (TuDo) , Dr. Andreas Block (Klinikum Dortmund), Prof. Dr. B. Spaan (TuDo) - Modulbeauftragter

Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Medizinische Physik und Technik der Partikeltherapie


Semester: 2.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 30 h


Veranstaltungsort: Dortmund / WPE (Exkursion)

Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden können die ihnen vorgestellten Grundlagen und Anwendungen der Partikeltherapie verstehen und einordnen. Sie kennen den Unterschied der lateralen und Tiefendosisprofilen aufgrund der vollkommen anderen Natur der Wechselwirkungen in Gewebe zwischen Photonen und Partikeln (Protonen). Sie sind mit den verschiedenen Techniken der Strahlerzeugung vertraut. Darüber hinaus verstehen sie die Methoden zur Strahlaufweitung und Tiefenmodulation. Sie können die wesentlichen Elemente der komplexen Bestrahlungsanlagen benennen und deren Funktion erläutern. Die Prinzipien der entsprechenden biologischen und physikalischen Bestrahlungsplanung können sie anwenden. Inhalte: Strahlenwirkung von höherenergetischen Protonen und anderen Kernen, radiobiologische Wirkung, Strahlerzeugung durch Zyklotron, Synchrotron oder Kurzpulshochleistungslaser, Bragg-Peak, Reichweiten Straggling, Spread Out Bragg Peak, Funktionsprinzip und Auslegung der Anlagen mit Gantrys und Strahlerkopf, verschiedene Strahlarten und entsprechende Nozzles für die Protonentherapie, Bestrahlungsplanung: Konzepte und Realisierungen (Software) Lehrformen: Vorlesung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Klinische Medizinphysik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Ch. Bäumer (WPE), B. Spaan (TuDo) – Modulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung: Detektoren/Grundlagen der Sensorik


Semester: 1


Dauer: 1 Semester


Vorlesung

Präsenzzeit:

30 h

Selbst-

studium:

60 h

Veranstaltungsort:

Dortmund


Sprache: Deutsch

Lernergebnisse:

Die Studierenden erlernen die Grundlagen der Signalerzeugung und die Konzepte des Teilchen- und Strahlungsnachweises anhand exemplarischer Anwendungen von Detektorsystemen. Weiterhin werden Konzepte zum Nachweis von Strahlung und Teilchen diskutiert und eine Einführung in die Dosimetrie gegeben.

Inhalte:

Wechselwirkungen von Strahlung und Materie, Konzepte von Strahlungs- und Partikeldetektoren, Grundlagen der Dosimetrie, Signalerzeugung

Lehrformen: Vorlesung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder einer Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden.


Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dr. Andreas Block (Klinikum Dortmund), Prof. Dr. Claus Gößling (TuDo), Prof. Dr. Kevin Kröninger (TuDo), Prof. Dr. B. Spaan (TuDo) - Modulbeauftragter


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Veranstaltung: Detektoren/Grundlagen der Sensorik


Semester: 2.


Dauer: 1 Semester


Vorlesung

Präsenzzeit:

60 h

Selbst-

studium:

120 h

Veranstaltungsort:

Dortmund


Sprache: Deutsch

Lernergebnisse: Die Studierenden werden in die Grundlagen und Anwendungsgebiete der Dosimetrie eingeführt. Sie erhalten einen Einblick in die physikalischen und technischen Grundlagen der Strahlentherapie und die Funktionsprinzipien der bildgebenden Techniken. Sie lernen die biologischen und technischen Voraussetzungen sowie den Ablauf einer Behandlung mit ionisierender Strahlung und die physikalischen Grundlagen von bildgebenden Verfahren unter Verwendung ionisierender Strahlung kennen. Es werden die Vor- und Nachteile und die technischen Limitationen der Tele- und Brachytherapie und der bildgebenden Methoden erläutert.

Inhalte: Folgende Aspekte der Dosimetrie und Strahlentherapie werden erklärt:

1) Dosimetrie: Grundbegriffe und Definitionen der klinischen Dosimetrie, Sekundärelektronengleichgewicht, Hohlraumtheorie, Bragg-Gray-Theorie, Detektoren, Typen klin.Dosimeter, Dosimeter für spezielle Anwendungen (Flühs)

Wasser-Energiedosiskonzept, Kalorimetrische Darstellung der Wasser-Energiedosis, Kalibrierung von Dosimetern für die Tele- und Brachytherapie, Gesetzliche Grundlagen der Messtechnische Kontrollen, Das Dosis-Messverfahren nach DIN 6800-2 (Block)

2) Physik und Technik des Elektronenlinearbeschleunigers (Block)

3) Einführung in die Grundlagen der Therapieformen der Brachytherapie und Protonentherapie am Auge: Grundbegriffe und Definitionen der klinischen Dosimetrie, Sekundärelektronengleichgewicht, Hohlraumtheorie, Bragg-Gray-Theorie, Detektoren, Typen klin.Dosimeter, Dosimeter für spezielle Anwendungen, Modalitäten der Brachytherapie, Therapieindikationen, Zielvolumenlokalisation, Therapieplanung, Therapiedurchführung, Applikatoren und Applikationsformen, Afterloading-Brachytherapie, intravaskuläre Brachytherapie, Augentumor-Brachytherapie, Protonentherapie am Auge, Forschungsprojekte im Bereich der Brachytherapie (Flühs)

4) Einführung in Grundlagen und Durchführung einer Strahlentherapie (Teletherapie) von Tumorpatienten: Biologische Grundlagen: Strahlenarten, Dosis-Effekt-Beziehungen, Zell-Überlebenskurven,linear-quadratisches Modell, Fraktionierung. Behandlungskette der Strahlentherapie: Patientenlagerung und –Immobilisierung, 3D-Bildgebung als Grundlage der Bestrahlungsplanung, Konzept der Konturierung von Zielvolumen und Risikoorganen, Bestrahlungsplanung (Wahl der Technik, Dosisberechnung, Planbeurteilung), Patientenpositionierung am Gerät, Verifikationsverfahren. Konformationsstrahlentherapie: Voraussetzungen, Möglichkeiten, Grenzen. Intensitätsmodulierte Strahlentherapie als moderne Weiterentwicklung: Inverse Bestrahlungsplanung, Verfahren zur Realisierung intensitätsmodulierter Techniken an konventionellen Linearbeschleunigern. Helikale 60


Tomotherapie als alternatives Konzept. Dosimetrische Verifikation von intensitätsmodulierten Bestrahlungen. Ansätze zur Verbesserung der Genauigkeit der Strahlapplikation: Stereotaktische Strahlentherapie. Bildgeführte Strahlentherapie. Problematik und Lösungsansätze bei der Bestrahlung von atembewegten Tumoren. Praktische Demonstration an der Uniklinik Essen: Durchführung einer bildgeführten, intensitätsmodulierten Strahlentherapie am Phantom (Levegrün)

5) Qualitätssicherung in der Strahlentherapie (Block)

Die folgenden bildgebenden Verfahren werden erklärt:

6) Röntgenbildgebung: Erzeugung und Absorption von Röntgenstrahlung werden erklärt. Wie entsteht ein Röntgenbild? Mit welchen Detektoren und Filmen wird das Projektionsbild gemessen. Erklärt werden die Anwendungen der Röntgenbildgebung, z.B. DEXA, Mammographie, klassisches Röntgenbild (Block)

7) CT: Das Prinzip der helikalen Bildgebung wird erklärt. Welche Strahlungsdetektoren werden verwendet? Die Verfahren zur Bildrekonstruktion, gefilterte Rückprojektion und iterative Rekonstruktion, werden erklärt. Die Möglichkeiten und die Grundlagen der Kontrastmittelapplikation werden behandelt. Die Grundlagen zur Vergleichbarkeit bzw. Quantifizierung von CT-Untersuchungen auf Basis von HU-Werten werden erklärt. (Lüdemann)

8) PET: Das Prinzip der Positronenemissionstomographie wird erläutert. Die gerätetechnischen Grundlagen, insbesondere die verschiedenen Detektoren und die daraus resultierenden Möglichkeiten für die Bildrekonstruktion werden behandelt. Vorgestell werden sollen hier auch Kombigeräte, PET-CT und PET-MR. Die verschiedenen Bildakquisitionstechniken, 2D, 3D und Flugzeitmessung, und die Schwächungkorrektur werden vorgestellt. Die üblichen bei der PET verwendeten Radionuklide und die daraus hergestellten radioaktiven Tracer und deren Erzeugung im Zyklotron werden behandelt. Quantifizierungsverfahren werden untersucht. (Lüdemann)

9) SPECT: Wie sieht eine SPECT-Kamera aus und aus welchen Komponenten besteht sie? Die Methoden zur Bildrekonstruktion werden vorgestellt. Welche radioaktiven Tracer finden bei der SPECT Anwendung und wie werden sie erzeugt? (Lüdemann)

10) Strahlenschutz: Wie können der Patient und das Personal vor der ionisierenden Strahlung bildgebender Verfahren geschützt werden? Die Dosisbelastung der verschiedenen bildgebenden Verfahren werden vorgestellt. (Block)

Lehrformen: Vorlesung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder einer Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden.


Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dr. Andreas Block (Klinikum Dortmund), Dr. Dirk Flühs (Essen) , Dr. Sabine Levegrün (Essen), PD. Dr. Lutz Lüdemann (Essen), Prof. Dr. B. Spaan (TuDo) - Modulbeauftragter


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Veranstaltung Beschleunigerphysik I


Semester 1.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: Vorlesung und Übung

Präsenzzeit: 60 h



Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden gewinnen einen Überblick über die Physik und Technologie von Teilchenbeschleunigern, der für zukünftige Medizinphysiker, die im Strahlungsbereich arbeiten gewinnbringend ist. Die Studierenden lernen die wesentlichen Schritte bei der Auslegung eines Beschleunigers oder Speicherrings kennen. Sie führen im Rahmen von Übungen Berechnungen zur Strahldynamik aus, wobei auch der Umgang mit einer Skriptsprache wie z.B. Matlab geübt wird. Inhalte: Einführung: Physikalische Grundlagen, Geschichte, Beschleunigertypen. Transversale Strahldynamik: Magnete, Teilchenoptik, transversaler Phasenraum. Longitudinale Strahldynamik: Hochfrequenzsysteme, longitudinaler Phasenraum. Synchrotronstrahlung: Eigenschaften von Synchrotronstrahlung, Strahlungsdämpfung, Wiggler und Undulatoren, Synchrotronstrahlungsquellen. Lehrformen: Vorlesung, Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Klinische Medizinphysik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: S. Khan (TuDo), Th. Weis (TuDo), B. Spaan (TuDo) – Modulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Veranstaltung: Detektorsysteme in der Teilchen- und Medizinphysik (Detektoren, Sensorik)


Semester: 2


Dauer: 1 Semester


Seminar

Präsenzzeit:

30 h

Selbst-studium:

60 h

Veranstaltungsort:

Dortmund


Sprache: Deutsch

Lernergebnisse:

Die Studierenden erlernen die Konzepte verschiedener Strahlungs- und Partikeldetektoren. Die für die klinische Medizinphysik wichtigsten Systeme zur Bilderzeugung werden vorgestellt und mit ähnlichen Detektorsystemen in der Teilchenphysik verglichen, um diese einordnen zu können. Ein Thema der Wahl wird durch einen eigenen Vortrag vertieft.

Inhalte:

Wechselwirkungen von Strahlung und Materie, Konzepte von Strahlungs- und Partikeldetektoren, Detektorsysteme in der klinischen Medizinphysik und der experimentellen Teilchenphysik, Gerätetechni2k.

Lehrformen: Seminar

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung wird in Form eines etwa halbstündigen Vortrags erbracht.


Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dr. Andreas Block (Klinikum Dortmund), Prof. Dr. Claus Gößling (TuDo), Prof. Dr. Kevin Kröninger (TuDo), Prof. Dr. B. Spaan (TuDo) - Modulbeauftragter


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Veranstaltung Beschleunigerphysik II


Semester 1.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: Vorlesung und Übung

Präsenzzeit: 60 h



Teilnahmevoraussetzungen: keine Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden lernen mehrere aktuelle Forschungsthemen auf dem Gebiet der Beschleunigerphysik kennen, wobei eine ausgewogene Mischung aus Theorie, experimenteller Physik und Beschleunigertechnologie angestrebt wird. Die Studierenden führen im Rahmen von Übungen Berechnungen zu den jeweiligen Themen aus, wobei auch der Umgang mit einer Skriptsprache z.B. Matlab geübt wird. Das Seminarprogramm besteht aus je einem Vortrag pro Teilnehmer/in ggf. ergänzt durch Gastvorträge. Hierdurch üben die Studierenden sich selbständig in ein Spezialthema einzuarbeiten und dieses verständlich darzustellen. Inhalte: Kurze Wiederholung der Grundlagen: Longitudinale und transversale Strahldynamik, Synchrotronstrahlung. Eine mit den Studierenden abgestimmte Auswahl aus folgenden Spezialthemen: Supraleitende Magnete und Hochfrequenzstrukturen, Strahldiagnose, Erzeugung ultrakurzer Strahlungspulse, Theorie der Freie-Elektronen Laser, kollektive Phänomene in Speicherringen, Strahlkühlung, Hamiltonsche Strahldynamik, besondere Beschleunigeranlagen (z.B. energy recovery Linearbeschleuniger, Spallationsquellen, Neutrinofabriken), neue Konzepte (z.B. Laser-Plasma Beschleuniger) Exkursion zu einem auswärtigen Beschleunigerlabor. Lehrformen: Vorlesung, Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Klinische Medizinphysik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: S. Khan (TuDo), Th. Weis (TuDo), B. Spaan (TuDo) – Modulbeauftragter Sonstige Informationen:

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Schwerpunkt:

Neuroinformatik


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Veranstaltung Autonomous Robotics: Action, Perception, and Cognition


Semester: 1.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 30 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Englisch Lernergebnisse: Ability to apply the theory of neural dynamics to technical problems. Inhalte:

Neural computation is concerned with the discovery of new solutions to technical problems of information processing. These solutions are sought based on analogies with nervous systems and the behaviour of organisms.

This course focuses on three exemplary problems to illustrate this approach: (a) Artificial action (autonomous robotics); (b) Artificial perception (robot vision); (c) Artificial cognition (simplest cognitive capabilities of autonomous robots such as decision making, scene representation, working memory, sequence generation, behavioral organization).

The main method is nonlinear dynamical systems applied to neural networks, leading to Dynamic Field Theory and neural dynamics. Lehrformen: Vorlesung, Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozent: Prof. Dr. Gregor Schöner Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Computational Physics


Semester: 2.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 90 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden können die modernen Methoden der computerunterstützten theoretischen Physik und der Computersimulation auf Beispiele aus der Physik der Elementarteilchen und der kondensierten Materie anwenden. Dies beinhaltet das Erkennen des numerischen Problems, die Wahl des geeigneten Algorithmus und die Umsetzung in ein Programm anhand von Projekten als Hausübungen. Die Bearbeitung der Projekte im Team fördert Teamfähigkeit und Projektmanagement, außerdem die graphische Aufbereitung und Präsentation numerischer Ergebnisse.

Inhalte: Grundlegende numerische Techniken, z.B.:Numerische Differentiation, Integration, Lösung von Differentialgleichungen. Grundaufgaben der numerischen linearen Algebra: lineare Gleichungssysteme und Eigenwertprobleme.

Spezifische numerische Techniken der Physik, z.B.:Nichtlineare Optimierung in vielen Variablen, Bestimmung dominanter Eigenwerte in hochdimensionalen Räumen, Variationsverfahren, Lösung gekoppelter gewöhnlicher Differentialgleichungen, Molekulardynamik-Simulationen, Lösung partieller Differentialgleichungen, Monte-Carlo-Simulationen und -Integrationen, Lösung stochastischer Differentialgleichungen.

Physikalische Anwendungsfelder, z.B.:Nichtlineare Dynamik (Poincaréschnitte, Ljapunow-Exponenten, Attraktoren, Bifurkationen). Elektrodynamik (Potentialgleichung). Optik (Beugung). Quantenmechanik (Stationäre Zustände, Variationsverfahren, Grundzustandsberechnungen, Zeitentwicklung, Streuprobleme, Hartree-Fock-Methode). Quantenfeldtheorie (Gitter-QFT, Funktionalintegrale). Statistische Physik (Transfermatrixmethoden, kritische Punkte und kritische Exponenten, Simulationen von Vielteilchensystemen mit Molekulardynamik und klassischen und quantenmechanischen Monte-Carlo-Methoden, stochastische Dynamik). Festkörperphysik (Dichtefunktionalmethoden, Bandstrukturberechnung). Teilchenphysik.


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozenten: Löw, Kierfeld, Uhrig, Stolze, (TuDo), Dreher (RUB) Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Angewandte Datenvisualisierung für Medizinphysiker


Semester: 2. bis 3.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 90 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden sollen über ein methodisches Wissen verfügen, das sie in die Lage versetzt, komplexe Visualisierungs- und Analyseaufgaben auf Daten zu lösen, die z. B. im Zusammenhang mit medizinphysikalischen Anforderungen resultieren. Dazu sollen sie sowohl Methoden, die in existierenden Systemen verfügbar sind und auf Originalliteratur beruhen, in gegebener Form anwenden, diese aber auch auf neue eventuell erweiterte Fragestellungen anpassen sowie Einsatzgrenzen und spezifische Besonderheiten identifizieren können.

Inhalte: Mit der in praktisch allen Bereichen steigenden Größe von Datenmengen sowie deren Komplexität und Wandelbarkeit, gewinnt die Visualisierung zunehmend an Bedeutung. Dabei dient sie sowohl zur intuitiven Darstellung aber auch als Mittel zur Analyse. Entsprechende Visualisierungen werden häufig durch Abbildung auf graphische Szenen erreicht, die dann mittels Verfahren der graphischen Datenverarbeitung effizient dargestellt werden. Gegenstand des ersten Teils des Moduls sind grundlegende Konzepte zur Visualisierung und Analyse von Daten unterschiedlichen Typs. Betrachtete Datentypen sind insbesondere ein- und zweidimensionale Funktionen, mehrdimensionale Funktionen, Graphen und gestreute Punktmengen. Es werden Methoden der graphischen Datenverarbeitung, der statistischen Datenanalyse, der effizienten diskreten Algorithmen und Datenstrukturen sowie der angewandten Mathematik präsentiert, auf denen die Konzepte und ihre Realisierungen beruhen. Ferner wird auf existierende Visualisierungs- /Analysesysteme eingegangen, die entsprechende Konzepte bereitstellen.Der zweite Teil des Moduls präsentiert fortgeschrittene Visualisierungskonzepte, die speziell für die Medizinphysik bedeutungsvoll sind. Diese betreffen Volumendaten, wie sie bei diversen bildgebenden Verfahren auftreten, sowie Vektor- und Tensorfelder. Ferner soll auf den Einsatz von Visualisierungstechniken bei der Analyse und Prognose biomedizinischer Signale unter Beachtung existierender Systeme der Computer-assistierten Diagnose eingegangen werden.


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozenten: Dr. F. Weichert, Prof. Dr. H. Müller Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers


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Veranstaltung Digitale Bildverarbeitung


Semester: 1.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 45 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden sollen über ein Grundwissen verfügen, das sie in die Lage versetzt, Aufgaben, die einer Lösung mit den Methoden der digitalen Bildanalyse zugänglich sind, zu erkennen und zu bewältigen. Solche Aufgaben treten auch im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Daten anderer Sensoren auf. Die Studierenden sollen sich ferner auf dem Gebiet so zurechtfinden, dass Sie in der Lage sind, verwandte Methoden und Verfahren, die über diejenigen der Vorlesung hinausgehen, aufgabenabhängig ausfindig zu machen, zu verstehen und anzuwenden.

Inhalte: Die Erfassung und die Verarbeitung von Bildern mit Rechnern verbreiten sich aufgrund der kostengünstigen Verfügbarkeit der gerätetechnischen Ausstattung rasant. Gegenstand des Moduls sind Methoden der digitalen Bildanalyse. Ein Schwerpunkt ist die klassische Verarbeitungskette der Bildanalyse, die sich in die Teile Diskretisierung, Bildrestauration, Bildverbesserung und Segmentierung gliedert. Dabei werden grundlegende Konzepte wie das Abtasttheorem, die Fourier-Transormation und andere Transformationen sowie Verfahren zur Lösung von Optimierungsproblemen präsentiert. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Einführung in die Bildkompression, die Mustererkennung und das 3D-Computersehen, die Grundlage für wichtige Anwendungen der digitalen Bildverarbeitung sind.


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozent: Dr. F. Weichert, Prof. Dr. H. Müller Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Digitale Bildverarbeitung


Semester: 2.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 90 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Ziel dieser Vorlesung ist es, die Grundlagen der digitalen Bildverarbeitung zu vermitteln. Die Studierenden sollen die Grundideen der verschiedenen Methoden verstehen und in die Lage versetzt werden eigenständig Bildverarbeitungsalgorithmen in einer beliebigen Programmiersprache umzusetzen. Inhalte: Diese Vorlesung vermittelt die Grundlagen der digitalen Bildverarbeitung. Anhand von praxisnahen Beispielen aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen (z.B. Medizintechnik, Robotik) wird die Wirkung der verschiedenen Verfahren verdeutlicht. Die folgende Liste gibt einen Uberblick über die behandelten Themen: _ Einführung (Was sind digitale Bilder?, Farbbilder, Grauwertbilder, Bildstörungen, Rauschen) _Histogramme _Punktoperatoren (Kontraststreckung, Schwellwertverfahren, Histogrammaus- gleich) _Filter (Rechteckfilter, Gaussfilter, Tiefpass-, Hochpassfilter, Median-filter, Kantenfilter) _ Houghtransformation _ Bildsegmentierung (Region-Growing, Wasserscheidentransformation) _ Bildregistrierung (Transformationen (2D / 3D), Ahnlichkeitsma_ße, Optimierung) _ Merkmalsextraktion (Entropie, Texturmerkmale, Histogrammmerkmale) _ Klassikation (Gewebeklassikation, Objekterkennung) Lehrformen: Vorlesung, Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozent: Sebastian Houben Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Machine Learning: Evolutionary Algorithms


Semester: 1.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 60 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Englisch Lernergebnisse: Understanding of direct search and optimization. Ability to apply evolutionary algorithms to optimization problems. Inhalte: Evolutionary Algorithms are randomized optimization methods, inspired by principles of biological evolution. Such algorithms apply the principle of "survival of the fittest" to the solution of technical problems. The resulting search heuristics are widely and generically applicable to a wide variety of application problems. They are conceptually simple and often easy to implement. Evolutionary search is often applied to the approximate solution of hard optimization tasks for which efficient problem-specific solvers are not available.

The course starts out with a basic model of an evolutionary algorithm. Departing from this model students will learn about various aspects of evolutionary optimization on discrete and continuous search spaces, from which a systematic taxonomy of modular components will be developed. Lehrformen: Vorlesung, Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozent: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Machine Learning: Unsupervised Methods


Semester: 1.


Dauer: 1 Semester

Lehrveran- staltungsart: Vorlesung + Übung

Präsenzzeit: 60 h



Teilnahmevoraussetzungen: The mathematical level of the course is mixed but generally high. The tutorial is almost entirely mathematical. Mathematics required include calculus (functions, derivatives, integrals, differential equations, ...), linear algebra (vectors, matrices, inner product, orthogonal vectors, basis systems, ...), and a bit of probability theory (probabilities, probability densities, Bayes' theorem, ...). Sprache: Englisch Lernergebnisse: (i) The students should get to know a number of unsupervised learning methods. (ii) They should be able to discuss which of the methods might be appropriate for a given data set. (iii) They should understand the mathematics of these methods. Inhalte: This course covers a variety of unsupervised methods from machine learning such as principal component analysis, independent component analysis, vector quantization, clustering, self-organizing maps, growing neural gas, Bayesian theory and graphical models. We will also briefly discuss reinforcement learning. Lehrformen: Vorlesung, Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozent: Prof. Dr. Laurenz Wiskott Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Mathematics for Modeling and Data Analysis


Semester: 2.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 60 h



Teilnahmevoraussetzungen: Basic knowledge of calculus and linear algebra. Sprache: Englisch Lernergebnisse: The students should get a good intuition for the mathematics covered in this course. Inhalte: This course covers mathematical methods that are relevant for modeling and data analysis. Particular emphasis will be put on an intuitive understanding as is required for a creative command of mathematics. The following topics will be covered: Functions, vector spaces, matrices as transformations, systems of linear differential equations, and qualitative analysis of nonlinear differential equations, possibly also Bayesian theory and multiple integrals. Lehrformen: Vorlesung, Übung


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Veranstaltung Modellbildung, Simulation und Analyse


Semester: 1. oder 2.

Häufigkeit des Angebots: alle 2 Jahre

Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 60 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Veranstaltung führt die Studierenden an die aktuelle Forschung im Bereich der Simulation heran. Dazu müssen sie mit den grundsätzlichen Problemstellungen und den zur Zeit vorhandenen Lösungstechniken vertraut gemacht werden. Die Veranstaltung legt den Schwerpunkt auf die diskrete und hybride Simulation technischer Systeme. In diesem Bereich sollen die Studierenden in der Lage sein, die vorhandenen Methoden der simulativen Modellanalyse und Optimierung einordnen und für konkrete Anwendungen einsetzen zu können. Dazu gehört auch die Kenntnis der Grenzen stochastischer Mo- delle. Ferner sollen sie einen Überblick über die Einsatzgebiete und mathematischen Probleme der kontinuierlichen Simulation haben.

Inhalte: Die Lehrveranstaltung behandelt Methoden zur Modellierung und Simulation technischer Systeme. Im ersten Teil der Vorlesung werden allgemeine Konzepte der Modellierung und Simulation vorgestellt, es werden typische Anwendungsszenarien besprochen und die erreichbaren Ergebnisse herausgearbeitet. Daran anschließend werden Techniken vermittelt, um mit Hilfe von Simulationsmodellen Systeme zu bewerten und zu verbessern. Dieser Teil umfasst die Vorstellung von Methoden zum Systemvergleich, zur Experimentplanung und zur Optimierung von Simulationsmodellen. Danach werden kontinuierliche und hybride Simulationsmodelle eingeführt. Den Abschluss der Vorlesung bilden Methoden zur Effizienzsteigerung der Simulation durch Varianzreduktionstechniken und parallele Simulation.


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozent: Prof. Dr. P. Buchholz Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Mustererkennung



Häufigkeit des Angebots: jährlich

Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 90 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Ziel des Moduls ist es, Studierende mit den Problemen und Lösungsmethoden im Bereich der Mustererkennung vertraut zu machen. Insbesondere sollen Studierende durch ein grundlegendes Verständnis der Prinzipien von Musterkennungssystemen die Fähigkeit erhalten, deren Möglichkeiten und Grenzen in bestimmten Anwendungsfeldern einschätzen zu können. Durch die praxisorientierte Arbeit in den Übungen werden Studierende auch befähigt, elementare Methoden der Musterkennung selbst anzuwenden

Inhalte: Mustererkennung gehört zu den Bemühungen der modernen Informationstechnik, Wahrnehmungsleistungen zu automatisieren, wie wir sie sonst von natürlichen Vorbildern kennen. Prominente Anwendungsfelder sind das Erkennen von Schrift, das Verstehen gesprochener Sprache und die Interpretation von Bildern. Aber auch zur Analyse von Messdaten in den Natur- und Ingenieurswissenschaften werden zunehmend Mustererkennungstechniken eingesetzt.

Gegenstand des Moduls sind grundlegende Techniken zur digitalen Verarbeitung von Mustern. Neben Verfahren zur Vorverarbeitung und Merkmalsextraktion liegt der Schwerpunkt auf Methoden zur Klassifikation von Mustern. Klassifikation bedeutet dabei, dass ein Muster als Gesamtheit einem Begriff, d.h. einer Klasse zugewiesen wird. Als Familien von Klassifikatoren werden insbesondere wahrschein- lichkeitstheoretische Ansätze und so genannte verteilungsfreie Klassifikatoren behandelt.

Neben der Vermittlung der theoretischen Konzepte in der Vorlesung „Musterkennung“ dienen die Übungen dazu, das erworbene Wissen durch die Bearbeitung von praktischen Aufgaben zu vertiefen.


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozent: Prof. Dr. G. A. Fink Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Computational Neuroscience: Neural Dynamics Cognition


Semester: 1.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 30 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Englisch Lernergebnisse: Understand models of cognition based on the dynamical systems approach Inhalte: This lecture presents models of selforganization in neural systems, in particular addressing vision (receptive fields, neural maps, invariances, attention) and associative memory (Hopfield network). Lehrformen: Vorlesung, Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozent: Prof. Dr. Gregor Schöner Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Computational Neuroscience: Vision and Memory


Semester: 2.


Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 60 h



Teilnahmevoraussetzungen: The mathematical level of the course is mixed but generally high. The tutorial is almost entirely mathematical. Mathematics required include calculus (functions, derivatives, integrals, differential equations, ...), linear algebra (vectors, matrices, inner product, orthogonal vectors, basis systems, ...), and a bit of probability theory (probabilities, probability densities, Bayes' theorem, ...). Sprache: Englisch Lernergebnisse: (i) The students should get to know a number of models and methods in computational neuroscience. (ii) They should understand the mathematics of these methods. Inhalte: This lecture covers models of selforganization in neural systems, in particular addressing vision (receptive fields, neural maps, invariances) and associative memory (Hopfield network). Lehrformen: Vorlesung, Übung


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Veranstaltung Praktische Optimierung




Dauer: 1 Semester


Präsenzzeit: 90 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Neben dem Erwerb von Einsicht in die Problematik und analytische Struktur der jeweiligen Problemklasse sollen die Studierenden methodisches Spezialwissen zur praktischen Lösung solcher Probleme erlangen. Sie sollen die praxisorientierten Lösungsansätze kennen und beherrschen sowie die Fähigkeit besitzen, selbständig praxisrelevante Probleme bearbeiten zu können. Schließlich sollen die Ergebnisse auch kritisch beurteilt werden können.

Inhalte: Bei der Optimierung komplexer Systeme speziell in den Ingenieurwissenschaften stellt sich meist schnell heraus, dass die Reichweite analytischer und exakter Lösungsmethoden wegen idealisieren- der Voraussetzungen für die Praxis zu eingeschränkt ist. Die „Praktische Optimierung“ behandelt deshalb solche Lösungsansätze, die sich für praxisrelevante Problemklassen wie die nichtkonvexe Optimierung unter dem Black-Box-Szenario, die Optimierung bei Unsicherheit sowie zeitvarianter Probleme, die mehrkriterielle und schließlich die symbolische Optimierung bewährt haben. Methodisch kommen hier direkte deterministische Suchverfahren als auch etwa evolutionäre Algorithmen zum Einsatz. Besonderes Augenmerk gilt der Hybridisierung der Optimierverfahren mit statistischen Methoden: Bei zeitinvarianten Problemen werden Prognosemodelle, bei der Optimierung unter Unsicherheit statistische Testverfahren, zur Funktionsapproximation etwa Krigingverfahren oder Neuronale Netze benutzt. Weitere Themen berühren softwaretechnische Fragen zur Kopplung von Optimier- verfahren und (kommerziellen) Simulatoren sowie die sinnvolle Nutzung paralleler Hardware. In den Übungen soll sich mit den Lösungsansätzen aktiv auseinandergesetzt werden, wobei existierende Schnittstellen zu Simulatoren softwaretechnisch bedient werden müssen.


Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozent: Prof. Dr. Günter Rudolph Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Sonstige Informationen:

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Veranstaltung Sicherheit im Netz


Semester: 1. bis 3.

Häufigkeit des Angebots: alle 3 Semester

Dauer: 2 Semester


Präsenzzeit: 60 h



Teilnahmevoraussetzungen: Sprache: Deutsch Lernergebnisse: Die Studierenden sollen erkennen können, welche speziellen Sicherheitsziel-Bedrohungen in vernetzten IT-Systemen bestehen, und sie sollen die darauf ausgerichteten Sicherheitsdienste und Schutzmaßnahmen kennen gelernt haben. Sie sollen in der Lage sein, in gegebenen vernetzten IT-Systemen vorhandene Vernetzungsbezogene Schwachstellen und Bedrohungen zu identifizieren, passende Sicherheitsdienste und Schutzmaßnahmen zu planen, sie in ein Sicherheitskonzept zu integrieren und es praktisch durch adäquate Konfiguration der Elemente umzusetzen. Inhalte:

Teil 1 gibt eine kurze Übersicht über IT-Sicherheit und behandelt die für die praktische Sicherheit vernetzter Systeme wesentlichen Themengebiete der Kommunikation und Angriffe im Netz, der Fire- walls, der Intrusion Detection Systeme, der verteilten Authentifikationssysteme sowie der Gestaltung von Authentifikationssystemen und Authentifikationsprotokollen.

Teil 2 behandelt die grundlegenden Themenfelder aus dem Gebiet der ergänzenden Sicherheitsdien- ste vernetzter Systeme. Es führt in Signatursysteme und Infrastrukturen ein, behandelt Protokolle zur sicheren Kommunikation, die Bildung Virtueller privater Netze, Sicherheitsaspekte und Mechanismen verteilter Anwendungen sowie das technische Sicherheitsmanagement. Lehrformen: Vorlesung, Übung

Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten: Erbringung einer Studienleistung. Die Studienleistung kann in Form eines kurzen schriftlichen Tests oder eines Gesprächs mit der/dem Lesenden erbracht werden Verwendung des Moduls: Teil des Schwerpunktes Neuroinformatik Modulbeauftragter und hauptamtlich Lehrende: Dozent: Prof. Dr. Heiko Krumm Modulbeauftragter: Prof. Dr. Tobias Glasmachers Sonstige Informationen:

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