Bildverarbeitung für die Medizin 2005: Algorithmen — Systeme — Anwendungen Proceedings des Workshops vom 13. – 15. März 2005 in Heidelberg

517 Pages·2005·9.445 MB·German-English

by  Christian Thies, Tamara Ostwald, Benedikt Fischer, Thomas M. Lehmann (auth.), Hans-Peter Meinzer, Heinz Handels, Alexander Horsch, Thomas Tolxdorff (eds.)

Informatik aktuell
Herausgeber: W. Brauer
im Auftrag der Gesellschaft für Informatik (GI)
Hans-Peter Meinzer Heinz Handels
Alexander Horsch Thomas Tolxdorff (Hrsg.)
B ildverarbeitung
für die Medizin 2005
Algorithmen - Systeme - Anwendungen
Proceedings des Workshops
vom 13. - 15. März 2005 in Heidelberg
fyj Springer
Herausgeber
Hans-Peter Meinzer
Deutsches Krebsforschungszentrum
Abteilung für Medizinische und Biologische Informatik / H0100
Im Neuenheimer Feld 280, 69120 Heidelberg
Heinz Handels
Universität Hamburg
UniversitätsklinikumHamburg-Eppendorf
Martinistraße 52, 20246 Hamburg
Alexander Horsch
Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar
Institut für Medizinische Statistik und Epidemiologie
Ismaninger Straße 22, 81675 München
Thomas Tolxdorff
Charite - Universitätsmedizin Berlin
Institut für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
Campus Benjamin Franklin
Hindenburgdamm 30, 12200 Berlin
Bibliographische Information der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte
bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.
CR Subject Classification (2001): A.0, H.3,1.4,1.5, 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 3-540-25052-2 Springer Berlin Heidelberg New York
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Gedruckt auf säurefreiem Papier SPIN: 11399117 33/3142-543210
Veranstalter
DKFZ Abteilung Medizinische und Biologische Informatik
Deutsches Krebsforschungszentrum(DKFZ), Heidelberg
GMDS Arbeitsgruppe Medizinische Bildverarbeitung der Gesellschaft
fu¨r Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
GI Fachgruppe Imaging und Visualisierungstechniken
der Gesellschaft fu¨r Informatik
DGBMT Fachgruppe Medizinische Informatik
der Deutschen Gesellschaft fu¨r Biomedizinische Technik im VDE
IEEE Joint Chapter Engineering in Medicine and Biology, German Section
DAGM Deutsche Arbeitsgemeinschaft fu¨r Mustererkennung
BVMI Berufsverband Medizinischer Informatiker e.V.
DGaO Deutsche Gesellschaft fu¨r angewandte Optik
Lokaler Veranstalter
Abteilung Medizinische und Biologische Informatik
Deutsches Krebsforschungszentrum(DKFZ), Heidelberg
Tagungsleitung und -vorsitz
Prof. Dr. Hans-Peter Meinzer
Abteilung Medizinische und Biologische Informatik
Deutsches Krebsforschungszentrum(DKFZ), Heidelberg
Lokale Organisation
Thomas B¨ottger
Dr. Uwe Engelmann
Yvonne Gru¨ber
Mark Hastenteufel
Marco Nolden
Max Sch¨obinger
Tina Schwarz
Dr. Matthias Thorn
Dr. Marcus Vetter
Ingmar Wegner
Dr. Ivo Wolf
Abteilung Medizinische und Biologische Informatik
Deutsches Krebsforschungszentrum(DKFZ), Heidelberg
VI Organisation
Verteilte BVM-Organisation
Prof. Dr. Heinz Handels, Dipl.-Ing. Martin Riemer, Dipl.-Inf. Timm Gu¨nther
Universit¨at Hamburg und Universit¨at zu Lu¨beck (Begutachtung)
Prof. Dr. Dr. Alexander Horsch, Helmut Sußmann, Dr. Catharina Brandes,
Andreas Enterrottacher,Technische Universit¨at Mu¨nchen (Tagungsband)
Prof. Dr. Hans-Peter Meinzer und Dr. Matthias Thorn,
Deutsches KrebsforschungszentrumHeidelberg (Anmeldung)
Prof. Dr. Thomas Tolxdorff, Dagmar Stiller
Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin (Internetpr¨asenz)
Programmkomitee
Prof. Dr. Til Aach, Universit¨at zu Lu¨beck
Prof. Dr. Dr. Johannes Bernarding, Universit¨at Magdeburg
Prof. Dr. Hartmut Dickhaus, Fachhochschule Heilbronn
Prof. Dr. Georg Duda, Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin
Prof. Dr. Dr. Karl-Hans Englmeier, GSF Forschungszentrum Neuherberg
Prof. Dr. Rudolf Fahlbusch, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Bernd Fischer, Universit¨at zu Lu¨beck
Prof. Dr. Heinz Handels, Universit¨at Hamburg
Dr. Peter Hastreiter, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Joachim Hornegger,Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg
Prof. Dr. Ulrich Hoppe, Technische Universit¨at Ilmenau
Prof.Dr.Dr.Alexander Horsch,TU Mu¨nchen& Universit¨atTromsø,Norwegen
Priv.-Doz.Dr.FrithjofKruggel,MPIfu¨rneuropsychologischeForschungLeipzig
Priv.-Doz. Dr. Thomas M. Lehmann, RWTH Aachen
Prof. Dr. Dr. Hans-Gerd Lipinski, Fachhochschule Dortmund
Prof. Dr. Tim Lu¨th, Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin
Prof. Dr. Hans-Peter Meinzer, Deutsches KrebsforschungszentrumHeidelberg
Prof. Dr. Heinrich Mu¨ller, Universit¨at Dortmund
Prof. Dr. Heinrich Niemann, 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. Po¨ppl, Universit¨at zu Lu¨beck
Prof. Dr. Bernhard Preim, Universit¨at Magdeburg
Prof. Dr. Karl Rohr, International University Bruchsal
Prof. Dr. Georgios Sakas, Fraunhofer Institut Darmstadt
Prof. Dr. Dietmar Saupe, Universit¨at Konstanz
Prof. Dr. Thomas Tolxdorff, Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin
Dr. Axel Wismu¨ller, Ludwig-Maximilians-Universit¨atMu¨nchen
Prof. Dr. Herbert Witte, Universit¨at Jena
Dr. Thomas Wittenberg, Fraunhofer Institut Erlangen
Organisation VII
Preistr¨ager des BVM-Workshops 2004 in Berlin
DieBVM-PreisezeichnenbesondershervorragendeArbeitenaus.DiePreisewur-
den erneut gestiftet von der Firma Philips Medizin Systeme, Hamburg.
Beste wissenschaftliche Arbeit
Rainer Stotzka, Tim O. M¨uller, Klaus Schote-Holubeck, Georg G¨obel
Ultraschallwandler-Array-Systemefu¨r die 3D-Ultraschall-Computertomograhie
Institut fu¨r Prozessdatenverarbeitungund Elektronik,
ForschungszentrumKarlsruhe
Bester Vortrag
Stefan Wirtz1, Bernd Fischer1, Jan Modersitzki1, Oliver Schmitt2
Vollst¨andigeRekonstruktioneinesRattengehirnsaushistologischenSerienschnit-
ten mit einer Au߬osung im Mikrometerbereich
1Institut fu¨r Mathematik, Universit¨at zu Lu¨beck, 23560 Lu¨beck
2Institut fu¨r Anatomie, Universit¨at Rostock
Beste Poster- bzw. Softwarepr¨asentation
Thorsten Klein1, Alexander Schega1, Dietrich Meyer-Ebrecht1, Alfred B¨ocking2
Analyse der Kernstrukturen in zytopathologischen Mikroskopbildern
1Lehrstuhl fu¨r Messtechnik und Bildverarbeitung, RWTH Aachen
2Institut fu¨r Cythopathologie, Heinrich-Heine-Universit¨at Du¨sseldorf
Vorwort
Zum zweitenMalnach1999findet der WorkshopBildverarbeitungin der Medi-
zin (BVM) im Jahr 2005 am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg
statt.Eristindieser Formdie achteVeranstaltung.Die Bedeutung des Themas
Bildverarbeitungfu¨r die Medizin hatu¨ber die Jahremerkbarzugenommen,was
sich unter anderem in der stetig wachsenden Teilnehmerzahl zeigt. Die Bildver-
arbeitung ist die Schlu¨sseltechnologie in verschiedenen technischen Disziplinen,
die in allen therapeutisch relevanten Bereichen wie beispielsweise der Diagno-
seunterstu¨tzung, OP-Planungund ku¨nftig der Eingriffsunterstu¨tzung eingesetzt
wird.
Der BVM-Workshop konnte sich durch erfolgreiche Veranstaltungen in Frei-
burg, Aachen, Heidelberg, Mu¨nchen, Lu¨beck, Leipzig, Erlangen und Berlin als
eininterdisziplin¨aresForumfu¨rdiePr¨asentationundDiskussionvonMethoden,
SystemenundAnwendungenimBereichderMedizinischenBildverarbeitungeta-
blieren. Ziel des Workshops ist auch diesmal wieder die Darstellung aktueller
Forschungsergebnisseund die Vertiefung der Gespr¨ache zwischen Wissenschaft-
lern, Industrie und Anwendern. Der Workshop wendet sich ausdru¨cklich auch
anNachwuchswissenschaftler,die u¨ber ihre Diplom-,Promotions-undHabilita-
tionsprojekte berichten wollen.
Indiesem Jahrwirdder Workshopvonder Abteilung Medizinische und Bio-
logische Informatik des Deutschen Krebsforschungszentrums in Heidelberg aus-
gerichtet. Die Organisation ist wie in den vergangenen Jahren auf Fachkollegen
aus Hamburg,Mu¨nchen, Heidelberg und Berlin verteilt,so dass die Organisato-
rendervergangenenJahreihreErfahrungenmiteinfließenlassenkonnten.Diese
AufgabenteilungbildetnichtnureinestarkeEntlastungdeslokalenTagungsaus-
richters, sondern fu¨hrt auch insgesamt zu einer Effizienzsteigerung.
Die mittlerweile etablierte webbasierte Einreichung und Begutachtung der
Tagungsbeitr¨age wurde auch in diesem Jahr wieder eingesetzt. Anhand anony-
misierterBewertungdurchjeweilsdreiGutachterwurdeninsgesamt137Beitr¨age
eingereicht,vondenen99Beitr¨agezurPr¨asentationausgew¨ahltwurden:57Vor-
tr¨age,39Posterund3 Softwaredemonstrationen.Die Qualit¨atder 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 zwei Tutorien an-
geboten: Axel Benner aus der Abteilung Biostatistik des Deutschen Krebsfor-
schungszentrumwirdeinTutoriumzumThemaStatistischeMethoden f¨ur Studi-
en der Medizinischen Bildverarbeitunghalten.ErstelltPrinzipienundProbleme
der Planung und Auswertung von Studien der Medizinischen Bildverarbeitung
vor,umvalidestatistischeAuswertungenmitHilfe g¨angigerStatistiksoftwarezu
erm¨oglichen. Themen sind die Evaluierung von Segmentierungs- und Registrie-
rungsverfahren, Goldstandard, Validierung, Benchmarking, Planung und Aus-
wertung von Diagnose- und Therapiestudien, die Fallzahlplanung, Fallstricke
X Vorwort
bei der Interpretation der Ergebnisse medizinischer Studien, der Umgang mit
fehlenden Werten, die Fallzahlproblematik und die Fehlinterpretation von p-
Werten. Abgerundet wird dieses Tutorium mit der Pr¨asentation von Beispielen
unter Verwendung der freien Programmierumgebung R. Das zweite Tutorium
tr¨agt den Titel Interaktive medizinische Bildverarbeitungssysteme auf Basis der
Open-Source-Toolkits ITK, VTK und MITK. Die Referenten der Abteilung Me-
dizinische und Biologische Informatik, Dr. Ivo Wolf, Dr. Marcus Vetter, Dipl.-
Inf. Thomas B¨ottger, Dipl.-Inf. Mark Hastenteufel und Dipl.-Inf. Med. Ingmar
Wegner,gebeneineEinfu¨hrungindieErstellunginteraktivermedizinischerBild-
verarbeitungssystemeaufBasisdersichgegenseitigerg¨anzendenSoftwarepakete
InsightToolkitsITK,VisualizationToolkitsVTKundMedicalImagingInterac-
tion Toolkits MITK. ITK ist ein algorithmisches Framework fu¨r Segmentierung
und Registrierung, VTK bietet m¨achtige Visualisierungsverfahren und MITK
fu¨gt Interaktionskomponenten fu¨r die Erstellung klinisch einsetzbarer medizini-
scher Bildverarbeitungssysteme hinzu. Im Gegensatz zum Tutorial des letzten
JahreswirddabeiderFocusdiesmalaufdieNutzungundKombinationvonITK
und VTK aus MITK gelegt.
Anhand der Bewertungen der Gutachter wurden 99 Beitr¨age fu¨r den Work-
shop in Vortrags-und Postersessionsowie Softwaredemonstrationenausgew¨ahlt
und in diesem Tagungsband abgedruckt. Die Internetseiten des Workshops bie-
tenausfu¨hrlicheInformationenu¨berdasProgrammundorganisatorischeDetails
rund um den Workshop. Sie sind abrufbar unter der Adresse:
http://www.bvm-workshop.org
WieschonindenletztenJahren,wurdederTagungsbandauchdiesmalalsLATEX-
Projekt erstellt und in dieser Form an den Verlag u¨bergeben. Von den 99 Bei-
tr¨agen wurden 77 von den Autoren bereits im LATEX-Format eingereicht. Die
22imWinword-FormatabgefasstenArbeiten wurdenkonvertiertundnachbear-
beitet. Die Vergabe von Schlagwortennahmen die Autoren selbst vor.Erstmals
wurdendieLiteraturverzeichnisses¨amtlicherBeitr¨agemitBibTEXgeneriert.Der
gesamte Erstellungsprozess erfolgte ausschließlich u¨ber das Internet.
Die Herausgeber dieser Proceedings m¨ochten allen herzlich danken, die zum
Gelingen des BVM-Workshops 2005 beigetragen haben: Den Autoren fu¨r die
rechtzeitige und formgerechte Einreichung ihrer qualitativ hochwertigen Arbei-
ten, dem Programmkomitee fu¨r die gru¨ndliche Begutachtung, den Referenten
der Tutorien sowie den Mitarbeitern der Abteilung Medizinische und Biologi-
sche Informatik des Deutschen Krebsforschungszentrums in Heidelberg fu¨r ihre
tatkr¨aftige Unterstu¨tzung bei der Organisation und Durchfu¨hrung des Work-
shops.FrauDagmarStiller vomInstitut fu¨r Medizinische Informatik,Biometrie
und Epidemiologie der Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin danken wir fu¨r die
engagierteMithilfebeiderErstellungundPflegederInternetpr¨asentation.Herrn
Helmut Sußmann, Frau Dr. Catharina Brandes und Herrn Andreas Enterrotta-
cher vomInstitut fu¨r Medizinische Statistik und Epidemiologieder Technischen
Universit¨atMu¨nchendankenwirfu¨rdietatkr¨aftigeMitarbeitbeiderErstellung
der Workshop-Proceedings.Dem Springer-Verlag,dernunschonden achtenTa-
gungsbandzudenBVM-Workshopsherausbringt,wollenwirfu¨rdieguteKoope-
Vorwort XI
ration ebenfalls unseren Dank aussprechen. Fu¨r die webbasierte Durchfu¨hrung
desReviewingprozessesgebu¨hrtHerrnDipl.Inf.TimmGu¨nthervomInstitutfu¨r
Medizinische Informatikder Universit¨atzuLu¨beck undHerrnDipl. Ing.Martin
RiemervomInstitutfu¨rMedizinischeInformatikderUniversit¨atHamburgunser
Dank.
Fu¨r die finanzielle Unterstu¨tzung bedanken wir uns bei den Fachgesellschaf-
tenundderIndustrie.DemDeutschenKrebsforschungszentrumm¨ochtenwirfu¨r
die großzu¨gige Bereitstellung der R¨aumlichkeiten unseren Dank aussprechen.
Wirwu¨nschenallenTeilnehmerinnenundTeilnehmerndesWorkshopsBVM
2005lehrreicheTutorials,viele interessanteVortr¨age,Gespr¨acheanden Postern
und den St¨anden der System-Demos und der Industrieausstellungsowie interes-
sante neue Kontakte zu Kolleginnen und Kollegen aus dem Bereich der Medizi-
nischen Bildverarbeitung.
Januar 2005
Hans-Peter Meinzer (Heidelberg) Heinz Handels (Hamburg)
Alexander Horsch (Mu¨nchen) Thomas Tolxdorff (Berlin)
Inhaltsverzeichnis
Die fortlaufende Nummer am linken Seitenrand entspricht den Beitragsnum-
mern, wie sie im endgu¨ltigen Programm des Workshops zu finden sind. Dabei
steht V fu¨r Vortrag, P fu¨r Poster und S fu¨r Systemdemonstration.
Bildanalyse
V1 Thies C, Ostwald T, Fischer B, Lehmann TM: Automatisierte
Objektextraktion mittels intervallgestu¨tzter Merkmalssuche in
hierarchischpartitionierten Bildern ................................ 1
V2 Preim B, Cordes J, Heinrichs T, Krause D, Jachau K:
Quantitative Bildanalyse und Visualisierung fu¨r die Analyse von
post-mortem Datens¨atzen ......................................... 6
V3 Hintze J, Cordes J, Preim B, Hertel I, Strauss G, Preim U:
Bildanalyse fu¨r die pr¨aoperative Planung von Neck Dissections .... 11
V4 Wesarg S, Dold C, Tadge T, Seitel M: Analyse des linken
Ventrikels nach AHA-Richtlinien unter Verwendung von VTK ..... 16
V5 Fischer L, Thorn M, Neumann JO, Heimann T, Grenacher L,
Meinzer H-P, Friess H, B¨uchler M: Die computergestu¨tzte Analyse
von Gr¨oße, Position und Form ven¨oser Lebersegmente und deren
Lagebeziehung zu den Couinaud- und portalen Lebersegmenten .... 21
V6 Wesarg S, Firle EA: CT-basierte Analyse von Koronararterienzur
Unterstu¨tzung eines TECAB-Grafting ............................. 26
V7 Lippmann H, Wollny G: Automatische Brain-Shift-Korrekturunter
Verwendung von Grid-Computing ................................. 31
V8 M¨uller H, Heuberger J, Geissbuhler A: Logo and Text Removal for
Medical Image Retrieval ........................................... 35
V9 Castellanos J, Rohr K, Tolxdorff T, Wagenknecht G: De-noising
MRI Data – An Iterative Method for Filter Parameter
Optimization ...................................................... 40
V10 Winter C, Rupp S, M¨unzenmayer C, Spinnler K, Gerh¨auser H,
Wittenberg T: Adaptive Rasterreduktion durch spektrale
Ausblendung in Aufnahmen von flexiblen Endoskopen ............. 45