Biologische und Medizinische Physik

Koordinator: Prof. J. Unkelbach
Dieser Masterstudiengang bietet eine vertiefte Ausbildung in Biologischer und Medizinischer Physik. Nach einführenden Vorlesungen, Übungen und Praktika schliesst sich eine Masterarbeit im Umfang von etwa 9 Monaten an.

Die folgenden Forschungsgruppen bieten Masterarbeiten an:
Experiment: Gruppen Aegerter, Kozerke, Schneider, Schuler und Unkelbach

Unsere Forschenden untersuchen biologische Systeme von der Grösse einzelner Moleküle bis hin zu ganzen Geweben und Organismen. Dadurch gewinnen wir zum Beispiel Informationen über molekulare Struktur und Funktion oder Wachstumskontrolle reguliert durch mechanische Kräfte und Strahlentherapie von Krebs. Technisch gesehen reichen die verwendeten Methoden von der Elektronenholographie über die Magnetresonanztomographie bis hin zur Mikroskopie in trüben Medien. 

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PHY 597 entspricht WBAT1377

Forschungsseminar

Es wird während zwei Semestern der regelmässige Besuch eines medizin-oder biophysikalischen Seminars verlangt (z.B. in der Radioonkologie am Universitätsspital Zürich, am Paul-Scherer Institut oder am Institut für Biomedizinische Technik).

Je nach Schwerpunkt in Biologischer oder Medizinischer Physik werden Wahlpflichtmodule im Umfang von mindestens 10 ECTS aus der folgenden Liste absolviert:

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Die für das Total von 90 Punkten fehlenden Kreditpunkte müssen in Wahlmodulen erarbeitet werden. Die spezifischen Module werden zusammen mit dem Betreuer/der Betreuerin der Masterarbeit und dem Koordinator des Master-Schwerpunktes bestimmt. Zum Beispiel werden empfohlen: PHY475/476 Computational problems in medical physics and radiation oncology, PHY461 Experimentelle Methoden und Instrumente, STA404 Clinical Biostatistics, ESC411 Computational Science I, ESC403 Introduction to Data Science, PHY352 Kontinuumsmechanik, BIO330 Modelling in Biology. Es können auch Pflichtmodule von anderen Vertiefungen des Masterprogramms in Physik besucht werden. Bei Fragen sprechen Sie das Programm mit dem Koordinator des Masterprogramms (Christof Aegerter) oder dem Koordinator für Biologische und Medizinische Physik ab.

Pflichtmodul: Kern- und Teilchenphysik I (PHY211)

Zusätzlich wird bei allen Masterstudierenden das Programm der zu belegenden Module mit dem Betreuer / der Betreuerin der Masterarbeit sowie dem Koordinator / der Koordinatorin der Masterspezialisierung abgesprochen, was zu einer anderen Liste führen kann.

wird vom Institut für Biomedizinische Technik angeboten)

• Physikalische und technische Grundlagen der medizinischen Bildgebung
• Bildrekonstruktion
• Röntgenbildgebung und Computertomographie (CT)
• Single Photon Emission Tomography (SPECT)
• Positron Emission Tomography (PET)
• Magnetresonanztomographie (MR)
• Ultraschall

• Wechselwirkung von Protonen und Photonen im Gewebe
• Dosisverteilungen von Protonen und Photonen
• Dosisberechnungsalgorithmen
• Pencil beam Algorithmus für Photonen und Protonen
• Convolution-Superposition Algorithmus für Photonen
• Intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT)
• IMRT Planung als Mathematisches Optimierungsproblem
• Fluence map optimization
• Direct Aperture Optimization

• Monte Carlo Simulation
• Monte Carlo Dosisberechnung für Protonentherapie
• Fraktionierungsentscheidungen in der Strahlentherapie
• Adaptive Fraktionierung am MR-Linac
• Markov decision processes und dynamic programming Algorithmus
• Modelle für Tumorkontrolle und Nebenwirkungswahrscheinlichkeit
• Likelihood Funktion and Modellparameterschätzung
• Zielvolumendefinition
• Mathematische Modelle der Tumorausbreitung
• Bayesian networks

• Radiation Physics
•  Imaging for radiotherapy
•  Imaging with protons and ions
•  Radiotherapy with photons, electrons, protons and heavy ions
•  Basics of radiobiology and bio-physical modeling for radiotherapy
•  Organ motion management
•  Special radiotherapy techniques

 Phänomenologie der

•  Energiebänder und Fermiflächen
•  Optischen Eigenschaften
•  Supraleitung
•  Dielektrika und Ferroelektrika
•  Magnetischen Eigenschaften
•  Oberflächeneffekte
•  Elektronen-Optik und Anwendungen fokussierter Elektronenstrahlen
•  Herstellung von Strukturen im Mikro- und Nanometer-Bereich
•  Lithografischen Strukturierungsverfahren
•  Mesoskopischen Physik

•  Physik und Aufbau der Teilchenbeschleuniger
•  Grundlagen und Konzepte der Teilchendetektoren
•  Spur- und Vertexdetektoren, Kalorimetrie, Teilchenidentifikation
•  Spezielle Anwendungen wie Cerenkovdetektoren, Luftschauer, direkte Detektion von dunkler Materie, Emulsionen
•  Simulationsmethoden, Ausleseelektronik, Trigger und Datenerfassung
•  Beispiele und Schlüsselexperimente

• Confidence intervals for proportions,
• Analysis of diagnostic studies,
• Analysis of agreement,
• Randomized controlled trials,
• Hypothesis tests and sample size calculation,
• Randomization and blinding,
• Analysis of continuous and binary outcomes,
• Multiplicity,
• Subgroup analysis,
• Protocol deviations,
• Some special designs (crossover, equivalence, and clusters),
• Analysis of prognostic studies,
• Development and assessment of clinical prediction models.

• Ordinary differential equations
• Partial differential equations
• Monte-Carlo
• Inverse problems
• Signal-processing
• Optimization
• Visualization
• Combinatorial problems

• What is Data Science?
• Data science work flow
• Statistical Learning
• Time Series analysis
• Bayesian Methods
• Neural Networks and Deep Learning
• Distributed and Accelerated Computing

• Deterministic Reaction-Diffusion models
• Stochastic Reaction-Diffusion models
• Finite-element modeling
• Cell-based tissue models
• Image analysis