Bildverarbeitung für die Medizin 2004: Algorithmen — Systeme — Anwendungen

505 Pages·2004·28.7 MB·German

by  Markus Siebert

Informatik aktuell
Herausgeber: W. Brauer
im Auftrag der Gesellschaft fur Informatik (GI)
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Thomas Tolxdorff Jurgen Braun
Heinz Handels Alexander Horsch
Hans-Peter Meinzer (Hrsg.)
Bildverarbeitung
fur die Medizin 2004
Algorithmen - Systeme - Anwendungen
Proceedings des Workshops
vom 29.-30. Marz 2004 in Berlin
Springer
Herausgeber
Thomas Tolxdorff
Jiirgen Braun
Charite - UniversiUitsmedizin Berlin
Institut fUr Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
Campus Benjamin Franklin
Hindenburgdamm 30, 12200 Berlin
Heinz Handels
Universitatsklinikum Hamburg -Eppendorf
Institut fUr Medizinische Informatik
MartinistraBe 52, 20246 Hamburg
Alexander Horsch
Technische Universitat Miinchen, Klinikum rechts der Isar
Institut fUr Medizinische Statistik und Epidemiologie
Ismaninger StraBe 22,81675 Miinchen
CR Subject Classification (2001):
A.O, H.3, 1.4, 1.5, 1.6, J.3, H.3.1, 1.2.10, 1.3.3, 1.3.5, 1.3.7, 1.3.8, 1.6.3
ISSN 1431-472-X
ISBN 978-3-540-21059-7 ISBN 978-3-642-18536-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-18536-6
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weiser Verwertung, vorbehalten. Eine VervieWHtigung dieses Werkes oder von Teilen
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des Urheberrechtsgesetzes der Bundcsrcpublik Deutschland vom 9. September 1965 in der
jeweils geltenden Fassung zulassig. Sic ist grundsatzlich vergiitungspflichtig. Zuwider
handlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2004
Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 2004
Salz: Reproduktionsfertige Vorlage vom Autor/Herausgeber
Gedruckt auf saurefreiem Papier 33/3142-543210
Veranstalter
IMIBE Institut fiir Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie,
Charite- UniversitatsmedizinBerlin,Freie Universitat und Humboldt
Universitat Berlin
GMDS Arbeitsgruppe Medizinische Bildverarbeitung der Gesellschaft
fur Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
GI Fachgruppe Imaging und Visualisierungstechniken
der Gesellschaft fur Informatik
DGBMT Fachgruppe Medizinische Informatik
der Deutschen Gesellschaft fiir Biomedizinische Technik im VDE
IEEE Joint Chapter Engineering in Medicine and Biology, German Section
DAGM Deutsche Arbeitsgemeinschaft fur Mustererkennung
BVMI Berufsverband Medizinischer Informatiker e.V.
DGaO Deutsche Gesellschaft fur angewandte Optik
Lokaler Veranstalter
Institut fiir Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
Charite- Universitatsmedizin Berlin, Campus Benjamin Franklin
Tagungsleitung und -vorsitz
Priv.-Doz.Dr. Jurgen Braun
Prof. Dr. Thomas Tolxdorff
Institut fur Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
Charite- Universitatsmedizin Berlin
Lokale Organisation
Priv.-Doz. Dr. Jurgen Braun
Claus Derz
Dr. Egbert Gedat
Holger Kunz
Dr. IngolfSack
Dr. Thorsten Schaaf
Sabine SaBmann
Dagmar Stiller
Katharina Vogelsang
Institut fur Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
Charite- Universitatsmedizin Berlin
VI Organisation
Verteilte BVM-Organisation
Prof. Dr.Heinz Handels und Dipl.-Inf.Thnm Gunther,
Universitat Hamburg und Universitat zu Lubeck (Begutachtung)
Priv.-Doz. Dr. Dr. Alexander Horsch,Helmut SuBmann und
Dr. Catharina Brandes,Technische Universitat Munchen (Tagungsband)
Prof.Dr. Hans-Peter Meinzer und Dipl.-Inform. Med. Matthias Thorn,
Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg (Anmeldung)
Programmkomitee
Prof. Dr. Til Aach, Universitat zu Lubeck
Prof. Dr. Dr. Johannes Bernarding, Universitat Magdeburg
Prof. Dr.Hartmut Dickhaus,Fachhochschule Heilbronn
Prof. Dr. Georg Duda, Charite- Universitatsmedizin Berlin
Priv.-Doz. Dr. Dr. Karl-Hans Englmeier, GSF ForschungszentrumNeuherberg
Prof. Dr. RudolfFahlbusch, Universitat Erlangen-Nurnberg
Prof. Dr. Bernd Fischer, Universitat zu Lubeck
Prof. Dr. Heinz Handels, Universitat Hamburg
Dr. Peter Hastreiter, Universitat Erlangen-Nurnberg
Priv.-Doz. Dr. Dr. Alexander Horsch,Technische Universitat Mtinchen
Priv.-Doz.Dr. FrithjofKruggel,MPI ftir neuropsychologischeForschungLeipzig
Dr. Thomas M. Lehmann, RWTH Aachen
Prof. Dr. Dr. Hans-Gerd Lipinski, Fachhochschule Dortmund
Prof. Dr. Tim Luth, Charite- Universitatsmedizin Berlin
Prof. Dr. Hans-Peter Meinzer, Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg
Prof. Dr.Heinrich Muller, Universitat Dortmund
Prof. Dr. Heinrich Niemann, Universitat Erlangen-Nurnberg
Prof. Dr.Dietrich Paulus, Universitat Koblenz-Landau
Prof. Dr. Heinz-Otto Peitgen,Universitat Bremen
Prof. Dr. Dr. Siegfried J. Poppl, Universitat zu Lubeck
Prof. Dr. Bernhard Prehn, Universitat Magdeburg
Prof. Dr. Karl Rohr,International University Bruchsal
Prof. Dr. Georgios Sakas, Fraunhofer Institut Darmstadt
Prof. Dr. Dietmar Saupe, Universitat Konstanz
Prof. Dr. Thomas Tolxdorff, Charite- Universitatsmedizin Berlin
Dr. Axel Wismuller, Ludwig-Maximilians-Universitat Munchen
Prof. Dr. Herbert Witte, Universitat Jena
Dr. Thomas Wittenberg, Fraunhofer Institut Erlangen
Organisation VII
Preistrager des BVM-Workshops 2003
Die BVM-Preise zeichnen besonders hervorragende Arbeiten aus. Die Haupt
preise wurden 2003von der FirmaPhilips Medizin Systeme,Hamburg,gestiftet,
die zweiten Preise von der Firma Silicon Graphics GmbH, Grasbrunn. Fur die
Drittplatzierten gab es vom Springer-Verlag gestiftete Buchpreise.
BVM-Preis 2003 fur die beste wissenschaftliche Arbeit
1. Preis: Carsten Leischner, Heinz Handels, JiirqetiKreusch, Siegfried J. Piippl
- Analyse kleiner pigmentierter Hautlasionen fur die Melanomfrtiherkennung
2. Preis: Peter Hassenpfiug- Intraoperative GefaBrekonstruktion fur die mul
timodale Registrierung zur bildgestiitzten Navigation in der Leberchirurgie
3. Preis: Frank Weichert- Korrekte dreidimensionale Visualisierung von Blut
gefaBendurch Matchingvon intravaskularenUltraschall- und biplanaren Angio
graphiedaten als Basis eines IVB-Systems
BVM-Preis 2003 ftlr den besten Vortrag
1. Preis: Florian Vogt- EndoskopischeLichtfelder mit einem kamerafiihrenden
Roboter
2. Preis: Falk Uhlemann - Ein Verfahren zur objektiven Quantifizierung der
Genauigkeit von dreidimensionalen Fusionsalgorithmen
3. Preis: Jan Modersitzki - Optimal Image Registration with a Guaranteed
One-to-One Point Match
BVM-Preis 2003 fiir die beste Poster- bzw. Softwareprasentat.ion
1. Preis: Max SchObinger- Robuste Analyse von GefaBstrukturen auf Basis
einer 3D-Skelettierung
2. Preis: Thomas Deck- Rekonstruktion von Geschwindigkeits- und Absorpti
onsbildern eines Ultraschall-Computertomographen
3. Preis: Gudrun Wagenknecht - MRT-basierte individuelle Regionenatlanten
des menschlichen Gehirns
Vorwort
Nach vielen Jahren rasanter Entwicklung hat sich die digitale Bildverarbeitung
in der Medizin als zentraler Bestandteildiagnostischer und therapeutischer Ver
fahren fest etabliert. Von der Industrie standig fortentwickelte Ceratetechnik
sorgt fur eine stetig steigende Bilddatenkomplexitat,Diese Informationsvielfalt,
gepaart mit stetig wachsender Verarbeitungsgeschwindigkeit von Rechnersyste
men, verlangt nach neuen Methoden, urn die moglich gewordenen Vorteile zum
Wohl von Patienten umfassend erschlieBen zu konnen, Die computergestiitzte
Bildverarbeitung wird mit dem Ziel eingesetzt, Strukturen automatisch zu er
kennenund insbesonderepathologischeAbweichungen aufzuspiiren und zuquan
tifizieren, urn so beispielsweise zur Qualitatssicherung in der Diagnostik beizu
tragen. Doch die Anforderungen sind hoch, urn die visuellen Fahigkeiten eines
Experten bei der Begutachtung von medizinischem Bildmaterial nachzubilden.
Dennoch gelingt die wichtige Unterscheidung von Strukturen durch zielgerich
tete Algorithmen in Kombination mit der Leistungsfahigkeit moderner Compu
ter. So wird es moglich, die Algorithmen und Technologien der medizinischen
Bildverarbeitung zur Unterstiitzung der Medizin und zum Wohl der Patienten
einzusetzen. Der Workshop Bildverarbeitung fur die Medizin 2004 bietet hier
ein Podium zur Prasentation und Diskussion neuer Algorithmen, Systeme und
Anwendungen.
Der Workshop Bildverarbeitungfur dieMedizin fand zum erstenMal 1993am
UniversitatsklinikumFreiburgstatt.Er ist AusdruckdesBedarfs, die im Bereich
der medizinischen Bildverarbeitungtatigen Kollegen aus den medizinischen und
ingenieurwissenschaftlichen Fakultaten der Universitaten und GroBforschungs
einrichtungen, aber auch der Industrie im deutschsprachigen Raum zusammen
zu bringen. Die Idee, nicht nur Raum fiir Prasentationen zu schaffen, sondern
auch eine intensive Fachdiskussion anzuregen, tragt erheblich zum Erfolg dieser
Veranstaltungsreihe bei. Urn der wachsenden iiberregionalen Bedeutung nach
zukommen, wurden ab 1998wechselnde Veranstaltungsorte gewahlt.Die Work
shops Bildverarbeitung fur die Medizin 1998in Aachen,1999inHeidelberg,2000
in Mtinchen, 2001 in Liibeck, 2002in Leipzig und 2003 in Erlangen setzten das
durch steigende Teilnehmerzahlen dokumentierte wachsende Interesse an die
sem Workshop fort. Zieldes Workshops ist auch diesmal wieder die Darstellung
aktueller Forschungsergebnisseund die Vertiefung der Gesprache zwischen Wis
senschaftlern,Industrieund Anwendern. Der Workshopwendetsichausdriicklich
auch an Nachwuchswissenschaftler, die iiber ihre Diplom-, Promotions- und Ha
bilitationsprojekte berichten wollen.
Die Vorbereitungen des Workshops werden von einem dezentral agieren
den und iiberregional etablierten Organisationsteamvorgenommen,das von den
Fachkollegen aus Hamburg, Miinchen, Heidelberg und Berlin getragen wird.
Damit ist gewahrleistet, daBErfahrungen und Traditionen vergangener BVM
Workshops miteingebracht werden. Grundidee des verteilten Organisationskon-
X Vorwort
zeptesist es,dafeinzelne Teilaufgabenstetsvonderselben Gruppedurchgeftihrt
werden. Diese Aufgabenteilung bildet nicht nur eine starke Entlastung des 10
kalen Tagungsausrichters,sondernfuhrt auch insgesamt zu einer Effizienzsteige
rung.
Auch in diesem Jahr wurde wieder eine webbasierte Einreichung und Begut
achtung der Tagungsbeitragevorgenommen.Anhand anonymisierter Bewertun
gen durch jeweils drei Gutachter wurden von den insgesamt 113 eingereichten
Beitragen 97 zur Prasentation ausgewahlt: 58 Vortrage, 34 Poster und 5 Soft
waredemonstrationen. Die Qualitat der eingereichten Arbeiten war insgesamt
sehr hoch. Die besten Arbeiten werden auch in diesem Jahr mit BVM-Preisen
ausgezeichnet.
Am Tag vor dem wissenschaftlichen Programm werden zweiTutorien ange
boten: Prof. Dr.-Ing. Georg Duda und Dr. Markus Heller vom Forschungslabor
der Unfall- und Wiederherstellungschirurgie der Charite - Universitatsmedlzin
Berlin halten ein Tutoriurn zum Thema MuskuloSkelettale Bildgebung und Bio
mechanik. Es gibt einen Uberblick tiber die Moglichkeiten der individuellen me
chanischenAnalysemuskuloskelettaler Strukturen. An Beispielen sollen die Teil
nehmer selbst die Moglichkeitenund Grenzen virtuellerPlanungssystemeim Be
reich Gelenkersatz und Frakturheilungkennen lernen. Das zweiteTutoriumtragt
den Titel Segmentierung, Registrierung, Visualisierung und Interaktion mit den
Open-Source-Toolkits ITK, VTK und MITK abgehalten. Die Referenten vom
Deutschen KrebsforschungszentrurnHeidelberg, Abt. Medizinische und Biologi
sche Informatik, sind u.a, Dr. Iva Wolf, Dipl.-Inf. Mark Hastenteufel, Dipl.-Inf.
Marcus Vetter und Dipl.-Inf. Med. Ingmar Wegner. Das Tutorium gibt eine
Einftihrung in das Insight Toolkit, das Visualization Toolkit und das Medical
Imaging Interaction Toolkit.
Anhand der Bewertungen der Gutachter wurden die 97 ausgewahlten Bei
trage fur den Workshop in Vortrags- und Postersessions sowie Softwaredemon
strationenzu den Themen Medizinische Anwendungen I und II,Segmentierung I
und II, 3DI und II, MethodikI und II, Visualisierung, computergestiltzte Naviga
tion, Operationsplanung, Registrierung I und II, computergestiltzte Intervention
und Informationssysteme I und II gruppiert.Die Internetseiten des Workshops
bieten ausftihrlicheInformationen tiber das Programm und organisatorischeDe
tails rund urn den Workshop. Siesind abrufbar unter der Adresse:
http://www.bvm-workshop.org
Wieschon im letztenJahr, wurde der Tagungsbandauch indiesem Jahrvollelek
tronisch als y.1EX-Projekt erstellt und in dieser Form an den Verlag tibergeben.
Vonden 97Beitragenwurden 70von den Autoren bereits im Y.1EX-Format ein
gereicht. Die 27 im Winword-Format abgefassten Arbeiten wurden konvertiert
und nachbearbeitet. Die Verschlagwortung der Beitrage nahmen die Autoren
mittels eines PHP-Formularsselbst vor. Der gesamteErstellungsprozesserfolgte
ausschlieBlich tiber das Internet.
Die Herausgeber dieser Proceedings mochten allen herzlich danken, die zum
Gelingen des BVM-Workshops 2004 beigetragen haben: Den Autoren fur die
Vorwort XI
rechtzeitige und formgerechte Einsendung ihrer qualitativ hochwertigen Arbei
ten, dem Programmkomitee fur die griindliche Begutachtung, den Referenten
des Tutorials sowie den Mitarbeitern des Instituts fur Medizinische Informatik,
Biometrie und Epidemiologie der Charite - Universitatsmedizin Berlin fur ihre
tatkraftige Unterstutzung bei der Organisation und Durchfuhrung des Work
shops: Frau Katharina Vogelsang und Frau Sabine SaBmann gebuhrt groBe An
erkennungfur die Unterstutzung wahrendder gesamten Vorbereitungdes Work
shops. Frau Dagmar Stiller danken wir fur die tatkraftige Unterstutzung bei
der Erstellung der Internetprasentation, Herrn Helmut SuBmann und Frau Dr.
Catharina Brandes vom Institut fur Medizinische Statistik und Epidemiolo
gie der TU Milnchen danken wir fur die engagierte Mitarbeit bei der Erstel
lung der Workshopproceedings in :f:j\'IEX.Dem Springer-Verlag, der nun schon
den siebten Proceedingsband zu den BVM-Workshops herausbringt,wollen wir
fur die gute Kooperation ebenfalls unseren Dank aussprechen. Herrn Dipl.-Inf.
Med. Matthias Thorn vom Deutschen KrebsforschungszentrumHeidelberg dan
ken wir fur die erneute Durchfuhrung der Online Registrierung. Fur die Web
basierte Durchftihrung des Reviewingprozesses gebuhrt Herrn Dipl.-Inf. Timm
Gunther vom Institut fur Medizinische Informatik der Universitat zu Lubeck
unser Dank.
Fur die finanzielle Unterstutzung bedanken wir uns bei den Fachgesellschaf
ten und der Industrie. Dem Springer-Verlag, der auch in diesem Jahr den Ta
gungsband zu den BVM-Workshops auflegt, m6chten wir fur die gute Koope
ration und fur die Stiftung von Buchpreisen unseren Dank aussprechen. Wir
wiinschen allen Teilnehmerinnen und Teilnehmern des Workshops BVM 2004
lehrreiche Tutorials, viele interessante Vortrage, Oesprache an den Postern und
den Standen der System-Demos und der Industrieausstellung sowie interessante
neue Kontakte zu Kolleginnen und Kollegen aus dem Bereich der Medizinischen
Bildverarbeitung.
Januar 2004
Thomas Tolxdorff (Berlin) Jurgen Braun (Berlin)
Heinz Handels (Hamburg) Alexander Horsch (Munchen)
Hans-Peter Meinzer (Heidelberg)