Bildverarbeitung für die Medizin 2000: Algorithmen - Systeme - Anwendungen

465 Pages·2000·32.42 MB·German

by  Hans-Peter Meinzer (auth.)

Informatik aktuell
Herausgeber: W. Brauer
im Auft rag der Gesellschaft fUr Informatik (GI)
Springer
Berlin
Heidelberg
New York
Barcelona
Hongkong
London
Mailand
Paris
Singapur
Tokio
Alexander Horsch Thomas Lehmann (Hrsg.)
Bildverarbeitung
fur die Medizin 2000
Algorithmen - Systeme - Anwendungen
Proceedings des Workshops
vom 12. - 14. Marz 2000 in Mtinchen
Springer
Herausgeber
Alexander Horsch
Institut fUr Medizinische Statistik und Epidemiologie
Technische Universitat Miinchen
Klinikum rechts der Isar
Ismaninger Str. 22, 81657 Mlinchen
Thomas Lehmann
Institut fUr Medizinische Informatik
Universitatsklinikum der RWTH Aachen
52057 Aachen
Die Deutsche Bibliothek -CIP-Einheitsafnahme
Bildverarbeitung fUr die Medizin 2000 : Algorithmen -Systeme -
Anwendungen; Proceedings des Workshops vom 12. -14. Marz 2000
in Mtinchen / Hrsg.: Alexander Horsch; Thomas Lehmann. -Berlin;
Heidelberg; New York; Barcelona; Hongkong ; London; Mailand ;
Paris; Singapur ; Tokio: Springer, 2000
(lnformatik aktuell)
ISBN-13: 978-3-540-67123-7
CR Subject Classification (2000): H.3, 1.4, 1.5,1.3, C.2.4, 1.2.10,1.3.3,
1.3.5,1.3.7,1.3.8,1.6.0,1.6.3
ISSN 1431-472X
ISBN-13: 978-3-540-67123-7 c-ISBN-13: 978-3-642-59757-2
DOl: 10.1007/978-3-642-59757-2
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Satz: Reproduktionsfertige Vorlage yom Autor/Herausgeber
Gedruckt auf saurefreiem Papier SPIN: 10720597 33/3142-543210
Veranstalter
BVMI Berufsverband Medizinischer Informatiker
DAGM Deutsche Arbeitsgemeinschaft fur Mustererkennung
DGBMT Fachgruppe Medizinische Informatik
der Deutschen Gesellschaft fUr Biomedizinische Technik
GI Gesellschaft fur Informatik
GMDS Gesellschaft fur Medizinische Informatik,
Biometrie und Epidemiologie
IEEE Joint Chapter Engineering in Medicine and Biology, German Section
IMSE Institut fur Medizinische Statistik und Epidemiologie der TU Munchen
Tagungsleitung
Priv.-Doz. Dr. Alexander Horsch
Institut fUr Medizinische Statistik und Epidemiologie der TU Munchen
Organisation
Priv.-Doz. Dr. Alexander Horsch
Institut fUr Medizinische Statistik und Epidemiologie der TU Munchen
Dr. Thomas Lehmann
Institut fur Medizinische Informatik der RWTH Aachen
Dipl.-Inform. Udo Poth
Rechenzentrum am Klinikum rechts der Isar der TU Munchen
Programmkomitee
Prof. Dr. W. Abmayr, Fachhochschule Munchen
Prof. Dr. H. Dickhaus, Fachhochschule Heilbronn
Priv.-Doz. Dr. H. Handels, Medizinische Universitat Lubeck
Prof. Dr. K. H. Hahne, Univ.-Krankenhaus Eppendorf
Priv.-Doz. Dr. A. Horsch, Technische Universitat Munchen
Dr. F. Kruggel, MPI fur neuropsychologische Forschung Leipzig
Dr. T. Lehmann, Universitatsklinikum der RWTH Aachen
Priv.-Doz. Dr. H.-P. Meinzer, Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg
Prof. Dr. G. Morfill, MPI fur extraterrestrische Physik Garching
Prof. Dr. H. Muller, Universitat Dortmund
Prof. Dr. H. Niemann, Universitat Erlangen-Nurnberg
Dr. H.-O. Peitgen, Universitat Bremen
Prof. Dr. Dr. S. PappI, Universitat Lubeck
Prof. Dr. B. Radig, Technische Universitat Munchen
Prof. Dr. D. Saupe, Universitat Freiburg
Prof. Dr. T. Tolxdorff, Universitatsklinikum Benjamin-Franklin FU Berlin
Prof. Dr. H. Witte, UniversiUit Jena
Industriepartner
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WestendstI. 26 Graphische Oatenverarbeitung
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IMAGETOOL GmbH ImpulsGmbH
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IMAGETOOL
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Prazisionsoptik GmbH ,.,. Ii !.Ii ' • , IS . Ii rip' Medizinische Buchhandlung
RODEN STOCK IsartaistI. 43 .I~ Max-Weber-Platz 10
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Vorwort
Bildgebende Verfahren spielen eine zentrale Rolle in der modernen Medizin. Seit
der Entdeckung der Rontgenstrahlen vor einhundert J ahren fand eine rasante
Entwicklung statt: Erste nuklearmedizinische Bildgebung und Ultraschall in den
50er Jahren; Echtzeitultraschall in den 60er Jahren, Computertomographie in
den 70er Jahren, Digitale Radiographie, Doppler-Ultraschall, Kernspintomogra
phie, Positronenemissionstomographie und Videoendoskopie in den 80er Jahren,
funktionelle 3D-Bildgebung in den 90er Jahren. Diese Entwicklung wurde be
gleitet von einem stetig wachsenden Anteil digitaler Rohbilddaten und einer
ebenfalls steigenden Zahl digitaler Verarbeitungsmethoden. Solche Methoden
helfen bei der klinischen Auswertung der Bilder fur diagnostische und therapeu
tische MaBnahmen ebenso wie bei der Weiterfuhrung der bildgebenden Verfah
ren selbst. Die Entwicklung neuer Verfahren und die Verbesserung existierender
Ansiitze sind eine groBe interdiszipliniire Herausforderung, bei der Wissenschaft
ler, Hersteller und Anwender aus Medizin, Informatik, Natur- und Ingenieur
wissenschaften und Technik eng zusammenarbeiten mussen, urn entscheidende
Fortschritte zu erzielen.
Zwischen 1992 und 1997 veranstalteten die Arbeitsgruppe Medizinische Bild
verarbeitung der GMDS und die Fachgruppe Imaging und Visualisierungstech
niken der GI jedes Fruhjahr in Freiburg einen Workshop zur medizinischen Bild
verarbeitung. 1m November 1996 fand am damaligen Institut fur Medizinische
Informatik und Biometrie der RWTH Aachen mit Unterstutzung des Joint Chap
ter Engineering in Medicine and Biology (IEEE German Section) ein Workshop
zur Bildverarbeitung fur die Medizin statt. Am selben Ort gelang es 1998 erst
malig, einen solchen Workshop als gemeinsame Veranstaltung vieler auf diesem
Gebiet tiitiger Fachgesellschaften durchzufuhren. Der Workshop 1999 in Hei
delberg und der diesjiihrige Workshop Bildverarbeitung fur die Medizin 2000
(BVM2000) am Klinikum rechts der I.sar der Technischen Universitiit Munchen
fuhren diese breite Kooperation fort.
Zum Workshop BVM2000 wurden 107 Beitriige eingereicht und anonymisiert
von jeweils zwei unabhiingigen Gutachtern beurteilt. Anhand dieser Bewertun
gen wurden 86 Beitriige fUr den Workshop ausgewiihlt. Die beiden Gutachten
zu jedem Beitrag wurden wiederum anonym an den jeweilig korrespondieren
den Autor zuruckgeschickt. Die angenommenen Arbeiten werden als Vortriige,
Poster oder Systemdemonstrationen auf dem Workshop vorgestellt. Die Qualitiit
der eingereichten Arbeiten war insgesamt sehr hoch. Die besten Arbeiten werden
mit Preisen ausgezeichnet, die von der Firma Philips gestiftet wurden.
Urn dem interdiszipliniiren Charakter der medizinischen Bildverarbeitung
noch besser Rechnung zu tragen, werden am Tag vor dem wissenschaftlichen Pro
gramm erstmals auch zwei Tutorials abgehalten. Das eine bietet fur Mediziner
eine Einfuhrung in die Bildverarbeitung, das andere vermittelt Grundlagen der
Radiologie fur Bildverarbeiter. In zwei Spezialsessions zu den Themen Anwen-
VIII
derwiinsche und Technologietransfer werden die wichtigen Fragen der klinischen
Relevanz der Bildverarbeitungsmethoden sowie die Chancen und Schwierigkei
ten einer Verwertung von Forschungsergebnissen und ihrer EinfUhrung in die
medizinische Routine diskutiert.
Die Herausgeber dieser Proceedings mochten allen herzlich danken, die zum
Gelingen des Workshops beigetragen haben: Den Autoren fiir die rechtzeitige
und formgerechte Einsendung ihrer qualitativ hochwertigen Arbeiten, dem Pro
grammkomitee fiir die griindliche Begutachtung, den vortragenden Arzten der
Spezialsession Anwenderwiinsche, den Referenten der Thtorien und der Session
Technologietransfer sowie den Mitarbeitern des Instituts fiir Medizinische Sta
tistik und Epidemiologie und des Rechenzentrums am Klinikum rechts der Isar
fiir ihre tatkraftige Unterstiitzung bei der Organisation und Durchfiihrung des
Workshops. Herrn Ulrich Poth und seinen Kollegen danken wir fiir die Organi
sation der Industrieausstellung. Frau Dr. Andrea Bernklau und Frau Victoria
Manzan gebiihrt groBe Anerkennung fiir die Unterstiitzung wahrend der gesam
ten Vorbereitung des Workshops. Herrn Martin Eul und Herrn Jakob Valvoda
danken wir fiir die tatkraftige Untersttitzung bei der Erstellung dieses Procee
dingsbandes. Fiir die finanzielle Hilfe bedanken wir uns bei den Fachgesellschaf
ten und der Industrie, insbesondere beim Hauptsponsor Sun Microsystems und
der Firma Philips fUr die Stiftung der Preisgelder. Nur durch die Zuwendungen
dieser Sponsoren ist es moglich, die BVM-Workshops zu so giinstigen Teilnah
megebiihren durchzufiihren. Dem Springer-Verlag, der nun schon den dritten
Proceedings band zu den BVM-Workshops herausbringt, wollen wir fiir die gute
Kooperation ebenfalls unseren Dank aussprechen.
SchlieBlich mochten wir noch auf die Homepage des BVM2000 im Internet
hinweisen, von der aus alle Informationen zum Workshop abrufbar sind:
http://www.imse.med.tu-muenchen.de/mi/bvm2000
Wir wiinschen allen Teilnehmerinnen und Teilnehmern des Workshops BVM2000
lehrreiche Thtorials, viele interessante Vortrage, Gesprache an den Postern und
den Standen der Systemdemos und Industrieaussteller sowie attraktive neue Be
kanntschaften und Begegnungen mit bekannten Kolleginnen und Kollegen. Und
bestimmt wird Miinchen auch ein wenig fiir unseren Workshop leuchten, den
erst en im neuen Jahrtausend!
Miinchen, im Februar 2000 Alexander Horsch
Thomas Lehmann
Inhaltsverzeichnis
Die romischen Ziffern am linken Seitenrand bezeichnen in chronologischer Rei
henfolge die Poster- und Vortrags-Sessions auf dem Workshop.
Eingeladener Vortrag
20 Jahre medizinische Bildverarbeitung:
Winder, Regionen, Intelligenz und Wahrnehmung
Meinzer HP ......................................................... 1
Registrierung und Bildvergleich
I Registrierung und Fusion
von funktionellen und anatomischen MRT -Daten:
Quantitative Genauigkeitsanalyse und Anwendung
in der navigierten Neurochirurgie
Rohlfing T, Beier l, West lB, Thomale UW, Liebig T,
Taschner CA ........................................................ 13
Automatische Registrierung von CT- und MR-Bildfolgen
fur die dreidimensionale Planung von Huftoperationen
Ehrhardt l, Handels H, PlOtz W, Pappi Sl '" ........................ 18
I Automatische Ubertragung von praoperativen fMRI-Markern
in intraoperative MR-Datensatze
Wolf M, Vogel T, Weierich P, Nimsky C, Niemann H ................ 23
II A new approach to define landmarks for point-based warping
in brain imaging
Pielot R, Scholz M, Obermayer K, Gundelfinger ED, Hess A 28
II 3D-Fusion von physiologischen Bild
und anatomischen Volumendatensatzen:
Anwendung in der fMRI Bildanalyse
Ringler R, Hopfer W, Forster C .... ................................ 33
II 3D-Volumenbeschneidung bei der voxelbasierten Registrierung
medizinischer Bilddaten: Verfahren und quantitative Analyse
Rohlfing T, Beier 1 ......... . .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .... 38
II Automatische Verfolgung von Augenlidbewegungen
und Korrelation mit EMG-Daten
Wittenberg T, Frischholz R, Wolf S, Tigges M, Suchy B,
Schneider S .......................................................... 43
x
III Elastic medical image registration using surface landmarks
with automatic finding of correspondences
Fornefett M, Rohr K, Stiehl HS ...................................... 48
III Ein System zur funktionellen Perfusionsuntersuchung der Niere
bei gleichzeitiger Unterdruckung der Atembewegung des Organs
Martin J, Hiltner J, Reusch B, HackUinder T, Stattaus J ............. 53
III Gesteigerte Registrierungsgenauigkeit verrauschter Bilddaten
durch Coincidence Thresholding
Rohlfing T, Beier J .................................................. 58
III Registration of intramodal medical images
using a novel s-distance approach
Kr6l Z ............................................................... 63
Segmentierung
I Automatische Parameterwahl fur Ballon-Modelle
Bredno J, Lehmann T, Spitzer K ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
I Characterization of stroke lesions using a histogram-based data analysis
including diffusion- and perfusion-weighted imaging
Grzesik A, Bernarding J, Braun J, Koennecke HC, Wolf KJ,
TolxdorfJ T .......................................................... 76
I Modellbasierte Segmentierung mittels Snake und Mutual Information
von Klinski S, Tolxdorff T ........................................... 81
II Segmentierung des Gehirns auf der Basis von MR-Daten
Hahn K, Rodenacker K, Aurich V, Auer DP ......................... 86
II Bewertung der Ergebnisse von Segmentierungslosungen
in radiologischen Bilddaten
am Beispiel des Einsatzes von aktiven Konturen
Pohle R, Grohmann M, Tonnies K ................................... 91
II Interaktive Bildsegmentierung von CT- und MR-Daten
auf Basis einer modifizierten hierarchischen
Wasserscheiden-Transformation
Schindewolf T, Peitgen HO .......................................... 96
III Komponenten zur Untersttitzung der automatischen Bildsegmentierung
von CT-Aufnahmen der Leber
Hassenpflug P, Glombitza G, Cardenas CE, Wolf I, Benner A,
Meinzer HP ......................................................... 101