Bildverarbeitung für die Medizin 2000: Algorithmen - Systeme - Anwendungen PDF
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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 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesonde re die der Ubersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfaltigung auf anderen Wegcn und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugs weiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfiiltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland yom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulassig. Sie ist grundsatzlich vergiitungspflichtig. Zuwider handlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag ist ein Unternehmen der Fachverlagsgruppe BertelsmannSpringer © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2000 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 + SUN Sun Microsystems GmbH ~ PHI LI PS Philips Medizin Systeme Brandenburger StI. 2 I::l' Roentgenstr. 24 mlcrosystems D-22335 Hamburg 0-40880 Ratingen ~""IIU III tall II 8.,lIml BrainLAB AG CREASOGmbH r BrainLAB Ammerthalstr.8 Talhofstr. 30 0-85551 Heimstetten eRE A o 0-82205 Gilching COSYCOGmbH Fraunhofer-Institut fUr WestendstI. 26 Graphische Oatenverarbeitung 0-82110 Germering Rundeturmstr. 6 0-64283 Darmstadt IMAGETOOL GmbH ImpulsGmbH Hanns-Braun-StI. 50 Am Klopferspitz 19 ® 0-85375 Neufahm 0-82152 Martinsried IMAGETOOL R Rodenstock MULLER & 5TEINICK~ Miiller & Steinicke GmbH Prazisionsoptik GmbH ,.,. Ii !.Ii ' • , IS . Ii rip' Medizinische Buchhandlung RODEN STOCK IsartaistI. 43 .I~ Max-Weber-Platz 10 0-80469 Miinchen .~ D-81675 Miinchen Springer-Verlag SECTRAGmbH Springer TiergartenstI. 17 leTHA Europark Fichtenhain A 13a 0-69121 Heidelberg 0-47807 Krefeld 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
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