Bildverarbeitung für die Medizin 2003: Algorithmen — Systeme — Anwendungen, Proceedings des Workshops vom 9.–11. März 2003 in Erlangen

476 Pages·2003·24.81 MB·German

by  Jan Modersitzki

Informatik aktuell
Herausgeber: W.Brauer
im Auftrag der Gesellschaft fur Informatik (GI)
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Thomas Wittenberg Peter Hastreiter
Ulrich Hoppe Heinz Handels
Alexander Horsch Hans-Peter Meinzer (Hrsg.)
Bildverarbeitung
fur die Medizin 2003
Algorithmen - Systeme - Anwendungen
Proceedings des Workshops
vom 9.-11. Marz 2003 in Erlangen
Springer
Herausgeber
Thomas Wittenberg
Fraunhofer-Institut fiir Integrierte Schaltungen
Am Wolfsmantel 33. 91058 Erlangen
Peter Hastreiter
Neurozentrum, Neurochirurgische Klinik der Universităt Erlangen-Niirnberg
Schwabachanlage 6, 91054 Erlangen
Ulrich Hoppe
Abteilung fiir Phoniatrie und Pădaudiologie der Universităt Erlangen-Niirnberg
Bohlenplatz 21. 91054 Erlangen
Heinz Handels
Institut fiir Medizinische Informatik
Universităt zu Liibeck
Ratzeburger Allee 160.23538 Liibeck
Alexander Horsch
Institut fiir Medizinische Statistik und Epidemiologie
Technische Universităt Miinchen
Klinikum rechts der Isar
Ismaninger Strasse 22,81675 Miinchen
Hans-Peter Meinzer
Abteilung fiir Medizinische und Biologische Informatik / HOIOO
Deutsches Krebsforschungszentrum
Im Neuenheimer Feld 280. 69120 Heidelberg
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Die Deutsehe Bibliothek verzeiehne! diese Publikation in der DeuI,ehen Nationalbibliografie; detaillierte
bibliografisehe Da!en sind im Internet ilber http://dnb.ddb.de abrufbar.
CR Subject Classification (2001):
A.O, H.3, IA, I.5, J.3, H.3.1, 1.2.10, 1.3.3, 1.3.5, 1.3.7, I.3.8, I.6.3
ISSN 1431-472-X
ISBN 978-3-540-00619-0 ISBN 978-3-642-18993-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-18993-7
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handlungen unterliegen den Slrafbeslimmungen des Urheberrechtsgesetzes.
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© Springer· Verlag Berlin Heidelberg 2003
Originally published by Springer-Verlag Berlin Heidelbcrg New York in 2003
Satz: Reproduktionsfertige Voriage vom Autor/Herausgeber
Gedruckl auf săurefreiem Papier SPIN: 10916414 33/3142-543210
V
Veranstalter
BVMI Berufsverband Medizinischer Informatiker e.V.
DAGM Deutsche Arbeitsgemeinschaft fu¨r Mustererkennung
DGaO Deutsche Gesellschaft fu¨r angewandte Optik
DGBMT Fachgruppe Medizinische Informatik
der Deutschen Gesellschaft fu¨r Biomedizinische Technik im VDE
GI Fachgruppe Imaging und Visualisierungstechniken
der Gesellschaft fu¨r Informatik
GMDS Arbeitsgruppe Medizinische Bildverarbeitung der Gesellschaft
fu¨r Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
IEEE Joint Chapter Engineering in Medicine and Biology, German Section
Lokaler Veranstalter
Arbeitskreis Medizin und Informationsverarbeitung
des Sonderforschungsbereichs 603:
Modellbasierte Analyse und Visualisierung komplexer Szenen und Sensordaten
an der Friedrich-Alexander-Universit¨atErlangen-Nu¨rnberg,
Martensstraße 3, 91058 Erlangen
Sprecher: Prof. Dr. Heinrich Niemann
Zusammen mit:
Abteilung fu¨r Phoniatrie und P¨adaudiologie
Chirurgische Universit¨atsklinik
Fraunhofer Institut fu¨r Integrierte Schaltungen (IIS)
Klinik und Poliklinik fu¨r Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
Lehrstuhl fu¨r Informatik 5 (Mustererkennung)
Lehrstuhl fu¨r Informatik 9 (Graphische Datenverarbeitung)
Zentrum fu¨r Moderne Optik (ZeMO)
Neurochirurgische Klinik
Neurozentrum des Kopfklinikums
Graduiertenkolleg 3D-Bildanalyse und -synthese
Tagungsleitung und -vorsitz
Dr. Thomas Wittenberg
Fraunhofer Institut fu¨r Integrierte Schaltungen (IIS), Erlangen
Dr. Peter Hastreiter
Neurozentrum, Neurochirurgische Klinik der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Priv.-Doz. Dr. Dr. Ulrich Hoppe
Abteilung fu¨r Phoniatrieund P¨adaudiologieder Universit¨atErlangen-Nu¨rnberg
VI Organisation
Lokale Organisation
L. Ass. Michaela Benz, Physikalisches Institut, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Dr. Peter Hastreiter, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Priv.-Doz. Dr. Dr. Ulrich Hoppe, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Dr. Sophie Kru¨ger, Chirurgische Klinik, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Dipl.-Ing. J¨org Lohscheller, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Dipl.-Inf.GrzegorzSoza,Institutfu¨rInformatik,Universit¨atErlangen-Nu¨rnberg
Dipl.-Min.TobiasMaier,PhysikalischesInstitut,Universit¨atErlangen-Nu¨rnberg
Dipl.-Inf.(FH) Christian Mu¨nzenmayer, M.Sc., Fraunhofer IIS, Erlangen
Dr. Dr. Emeka Nkenke, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Dr. Christoph Schick, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Dipl.-Inf. Florian Vogt, Institut fu¨r Informatik, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Dr. Thomas Wittenberg, Fraunhofer IIS, Erlangen
Verteilte BVM-Organisation
Priv.-Doz. Dr. Heinz Handels und Dipl.-Inf. Timm Gu¨nther
Universit¨at zu Lu¨beck (Begutachtung)
Priv.-Doz. Dr. Dr. Alexander Horsch,
Technische Universit¨at Mu¨nchen (Tagungsband)
Prof. Dr. Hans-Peter Meinzer und Dipl.-Inform. Med. Matthias Thorn,
Deutsches KrebsforschungszentrumHeidelberg (Anmeldung)
Programmkomitee
Prof. Dr. Hartmut Dickhaus, Fachhochschule Heilbronn
Prof. Dr. Thomas Ertl, Universit¨at Stuttgart
Prof. Dr. Dr. Ulrich Eysholdt, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Rudolf Fahlbusch, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Bernd Fischer, Universit¨at zu Lu¨beck
Dr. Oliver Ganslandt, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Heinz Gerh¨auser, Fraunhofer IIS, Erlangen
Prof. Dr. Gu¨nther Greiner, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Priv.-Doz. Dr. Heinz Handels, Universit¨at zu Lu¨beck
Dr. Peter Hastreiter, Neurozentrum, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Gerd H¨ausler, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Karl-Heinz H¨ohne, Universit¨atsklinikum Hamburg-Eppendorf
Priv.-Doz. Dr. Dr. Ulrich Hoppe, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Dr. Joachim Hornegger, Siemens, Forchheim
Priv.-Doz. Dr. Dr. Alexander Horsch, Technische Universit¨at Mu¨nchen
Priv.-Doz.Dr.FrithjofKruggel,MPIfu¨rneuropsychologischeForschungLeipzig
Dr. Thomas M. Lehmann, Universit¨atsklinikum der RWTH Aachen
Prof. Dr. Dr. Hans-Gerhard Lipinski, Fachhochschule Dortmund
Priv.-Doz. Dr. Gabriele Lohmann, Max-Planck-Institut, Leipzig
Prof. Dr. Hans-Peter Meinzer, Deutsches KrebsforschungszentrumHeidelberg
Preistr¨ager VII
Prof. Dr. Heinrich Mu¨ller, Universit¨at Dortmund
Dr. Ramin Naraghi, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof.Dr.Dr.FriedrichW.Neukam,KlinikumderUniversit¨atErlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Heinrich Niemann, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Priv.-Doz.Dr.ChristopherNimsky,KlinikumderUniversit¨atErlangen-Nu¨rnberg
Dr. Dr. Emeka Nkenke, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Dietrich Paulus, Universit¨at Koblenz-Landau
Prof. Dr. Heinz-Otto Peitgen, Universit¨at Bremen
Prof. Dr. Dr. Siegfried J. P¨oppl, Universit¨at zu Lu¨beck
Priv.-Doz. Dr. Bernhard Preim, Mevis, Bremen
Prof. Dr. Karl Rohr, International University Bruchsal
Prof. Dr. Dietmar Saupe, Universit¨at Konstanz
Dr. Christoph Schick, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Dr. Oskar Schmid, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Thomas Tolxdorff, Klinikum Benjamin-Franklin der FU Berlin
Dr. Bernd Tomandl, Klinikum der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Herbert Witte, Universit¨at Jena
Dr. Thomas Wittenberg, Fraunhofer IIS, Erlangen
Preistr¨ager des BVM-Workshops 2002
Leipzig, 10.–12. M¨arz 2002
Die BVM-Preise zeichnen besonders hervorragende Arbeiten aus. Die Haupt-
preisewaren2002durchdiefreundlicheUnterstu¨tzungderFirmaPhilipsPhilips
Medizin Systeme mitjeweils 250Eurodotiert.Fu¨r die Zweit- undDrittplatzier-
ten gab es von Springer-Verlag und Carl-Hanser-Verlaggestiftete Buchpreise.
BVM-Preis 2002 fu¨r die beste wissenschaftliche Arbeit
1. Preis:
Hahn HK, Millar WS, Durkin MS, Klinghammer O, Peitgen H
Cerebral Ventricular Volumetry in Pediatric Neuroimaging
2. Preis:
Thies C, Metzler V, Lehmann TM, Aach T
Objektorientierte Inhaltsbeschreibung hierarchischpartitionierter
medizinischer Bilder
3. Preis:
Schmidt H, Handels H, Knopp U, Seidel G, P¨oppl SJ
Bildgestu¨tzte Telediagnostik und 3D-Tele-Imaging in Java
VIII Preistr¨ager
BVM-Preis 2002 fu¨r den besten Vortrag
1. Preis:
Lohscheller J, Schuster M, D¨ollinger M, Hoppe U, Eysholdt U
Analyse von digitalen Hochgeschwindigkeitsvideos der Ersatzstimmgebung
2. Preis:
Vetter M, Hassenpflug P, Wolf I, Thorn M, Ca´rdenas S. CE, Grenacher L,
Richter GM, Lamad´e W, B¨uchler MW, Meinzer HP
Intraoperative Navigation in der Leberchirurgie mittels Navigationshilfen und
Verformungsmodellierung
3. Preis:
Schnabel JA, Tanner C, Castellano-Smith AD, Degenhard A, Hayes C, Leach
MO, Hose DR, Hill DLG, Hawkes DJ
ValidationofNon-RigidRegistrationofContrast-EnhancedMRMammography
Using Finite Element Methods
BVM-Preis 2002 fu¨r die beste Poster- bzw. Softwarepr¨asentation
1. Preis:
Schenk A, Frericks BB, Caldarone FC, Galanski M, Peitgen HO
Softwaredemo: Evaluierung von Gef¨aßanalyse und Volumetrie fu¨r die Planung
von Leberlebendspenden
2. Preis:
Hartkens T, R¨uckert D, Schnabel JA, Hawkes DJ, Hill DLG
Softwaredemo:VTKCISGRegistrationToolkit:AnOpenSourceSoftwarePacka-
ge for Affine and Non-Rigid Registration of Single- and Multimodal 3D Images
3. Preis:
Chra´stek R, Wolf M, Donath K, Michelson G, Niemann H
Optic Disc Segmentation in Retinal Images
Vorwort
In den vergangenenzehn Jahren konnte sich der WorkshopBildverarbeitung f¨ur
die Medizin durcherfolgreicheVeranstaltungeninFreiburg1993,1994und1995,
Aachen1996und1998,Heidelberg1999,Mu¨nchen2000,Lu¨beck2001sowieLeip-
zig 2002 als ein interdisziplin¨ares Forum fu¨r Pr¨asentation und Diskussion von
aktuellen und neuen Methoden, Systemen und Anwendungen im Bereich der
medizinischen Bildverarbeitung sowie der daran angrenzenden Disziplinen eta-
blieren. In diesem Jahr wird der Workshop erstmalig von einer gr¨oßeren inter-
disziplin¨aren Gruppe von Wissenschaftlern, den Mitgliedern des Arbeitskreises
MedizinundInformationsverarbeitung desSonderforschungsbereichs603Modell-
basierte Analyse und Visualisierung komplexer Szenen und Sensordaten an der
Friedrich-Alexander-Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg organisiert und ausgerich-
tet.DieVeranstalterwidmendiesenWorkshopHerrnProfessorDr.Dr.Siegfried
J. P¨oppl, (Universit¨at zu Lu¨beck) zum 60. Geburtstag.
Aufgrund der eingereichten Beitr¨age konnten neben den bekannten und re-
gelm¨aßigwiederkehrendenThemenkomplexenSegmentierung,Registrierung und
Visualisierung vierSchwerpunktedermedizinischenBildverarbeitungherauskri-
stallisiertwerden,undzwarAnalysevaskul¨arerStrukturen,Mammographie,Phy-
sikalische Problemstellungen, sowie Endoskopie und Mikroskopie. Insbesondere
der letzte Themenkomplex sowie die große Anzahl weiterer Vortr¨age und Po-
ster,die sichmitBildernaussog.Lichtmodalit¨aten besch¨aftigen,zeigt,dassdie-
se Aufnahmemodalit¨aten neben den klassischenVerfahren wie CT, MRT, PET,
R¨ongten oder Ultrasschall einen aktuellen Trend in der klinischen Bildgebung
und Auswertung darstellen.
Im Vergleich zu den vergangen Jahren konnte mit 131 Beitr¨agen wieder ein
neuer RekordanEinreichungenerreichtwerden.Die BegutachtungderBeitr¨age
erfuhrindiesemJahrinsoferneineNeuerung,alsdassbeidenanonymenBewer-
tungen durch drei Gutachter des Programmkomitees ¨arztliche Fachkollegen des
Klinikums Erlangen hinzugezogen wurden, um die klinischen Aspekte der Bei-
tr¨agezuevaluieren.VondeneingereichtenBeitr¨agenwurden90zurPr¨asentation
ausgew¨ahlt, wovon 58 als Vortr¨age, 30 als Poster und 2 als Systemdemonstra-
tionen auf dem Workshop vorgestellt werden. Die Qualit¨at der eingereichten
Arbeiten war insgesamt sehr hoch. Die besten Arbeiten werden auch in diesem
Jahr wieder mit BVM-Preisen ausgezeichnet.
AmTagvordemwissenschaftlichenProgrammwerdenwiederumzweiTuto-
rien angeboten: Prof. Dr. Gerd H¨ausler von der Arbeitsgruppe Optische Mess-
technik am Lehrstuhl fu¨r Optik der Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg h¨alt ein
Tutorium zum Thema Optische 3D-Sensoren in der Medizin – M¨oglichkeiten
und Grenzen, wobei u.a. optische Sensorprinzipien und im Einsatz befindliche
Sensoren fu¨r verschiedene medizinische Anwendungen vorgestellt werden, wie
z.B.diephasenmessendeTriangulationunddieoptischeKoh¨arenz-Tomographie.
M¨oglichkeitenundGrenzenderSensorenfu¨rverschiedeneAnwendungenwerden
X Vorwort
diskutiert, u.a. in der Zahnheilkunde, der Orthop¨adie, der Chirurgie und der
Dermatologie.
Das zweite Tutorium gibt einen U¨berblick u¨ber den Bereich bildgebende
Diagnostik in Zusammenhang mit modernem Informationsmanagementanhand
eines Vergleiches von Datens¨atzen aus Computer- und Kernspintomographen.
Zudem werden die Architektur solcher Systeme, ihre Integration in vorhan-
dene IT-Landschaften, relevante Technologien und Standards, sowie Kosten-
und Wirtschaftlichkeitsu¨berlegungen diskutiert. Die Referenten von der Uni-
versit¨at Erlangen-Nu¨rnberg sind Dr. med. Bernd F. Tomandl aus der Abtei-
lung fu¨r Neuroradiologie(CT-Diagnostik – Einf¨uhrung und Vergleich mit MR),
Dr.med.MichaelLellvomInstitutfu¨rRadiologischeDiagnostik(MR-Diagnostik
– M¨oglichkeiten und Vergleich mit CT) sowie Dr.-Ing. Dipl.-Inf. Thomas Kauer
von der Gruppe Informationsverarbeitung Medizin (PACS – Anschaffung, For-
mulare, Nutzen, Technik).
Im Rahmen des Workshops wurden drei international renommierte Wissen-
schaftler eingeladen. Prof. Dr. Nicholas Ayache, Forschungsleiter des INRIA,
Frankreich, und Leiter der Gruppe EPIDAURE (Projet Images, Diagnostic,
Automatique, Robotique) spricht u¨ber das Thema Introducing physical and phy-
siological models to improve medical image analysis and simulation. Prof. Dr.
med.DietrichGr¨onemeyervonderUniversit¨atWitten/HerdeckewirdzumThe-
ma Bilderzeugung in der Mikromedizin vortragen. Der dritte Hauptvortrag des
WorkshopswirdvonProf.Dr.rer.nat.OlafGefeller,LeiterdesInstitutsfu¨rMe-
dizininformatik, Biometrie und Epidemiologie der Universit¨at Erlangen-Nu¨rn-
berg zum Thema Statistische Aspekte der Fallzahlplanung bei Studien gehalten.
Im Vorfeld der Lu¨becker Veranstaltung 2001 wurde ein verteiltes Organi-
sationsteam gegru¨ndet, in das die Organisatoren vergangener BVM-Workshops
ihre Erfahrungen einbringen. Diese Aufgabenteilung hat sich auch bei der Or-
ganisation der Erlanger Veranstaltung bew¨ahrt und bildet nicht nur eine starke
EntlastungdeslokalenTagungsausrichters,sondernhatauchinsgesamtzueiner
Effizienzsteigerung gefu¨hrt. Sowohl die Einreichung und Begutachtung der Ta-
gungsbeitr¨age als auch die Anmeldung erfolgt ausschließlich u¨ber das Internet
unter der eigens fu¨r den Workshop eingerichteten Homepage
http://www.bvm-workshop.org
von der alle wesentlichen Informationen zu dieser, vergangener und ku¨nftiger
Veranstaltungen abrufbar sind. In diesem Jahr wurde auch der Tagungsband
erstmals vollelektronisch in LATEX erstellt und zur Produktion an den Springer-
Verlag u¨bergeben. Von den 90 Beitr¨agen wurden 67 von den Autoren bereits
im LATEX-Format eingereicht. Die 23 im Winword-Format abgefassten Arbeiten
wurden konvertiert und nachbearbeitet.
Die Herausgeber dieses Tagungsbandes m¨ochten allen herzlich danken, die
zum Gelingen des Workshops beigetragen haben: Den Autoren fu¨r die rechtzei-
tige und formgerechte Einsendung ihrer qualitativ hochwertigen Arbeiten, dem
interdisziplin¨aren Programmkomiteefu¨r die gru¨ndliche Begutachtung, den Mit-
gliederndesBVM-OrganisationsteamssowiedenKollegenL.Ass.MichaelaBenz