Bildverarbeitung für die Medizin 2005: Algorithmen — Systeme — Anwendungen Proceedings des Workshops vom 13. – 15. März 2005 in Heidelberg PDF
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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 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer Berlin Heidelberg New York Springer ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media springer.de © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005 Printed in Germany Satz: Reproduktionsfertige Vorlage vom Autor/Herausgeber 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 Aufl¨osung 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
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