Bildverarbeitung für die Medizin 2012: Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 18. bis 20. März 2012 in Berlin PDF
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Informatik aktuell lIerausgeber:VV.Brauer im Auftrag der Gesellschaft für Informatik (GI) Thomas Tolxdorff Thomas M. Desemo Heinz Handels Hans-Peter Meinzer (Hrsg.) Bildverarbeitung für die Medizin 2012 Algorithmen - Systeme - Anwendungen Proceedings des Workshops vom 18. bis 20. März 2012 in Berlin ~ Springer Herausgeber Thomas Tolxdorff Charit6 - Universitätsmedizin Berlin Institut für Medizinische Infonnatik Hindenburgdamm 30, 12200 Berlin Thomas Martin Deserno, geb. Lehmann Rbeinisch-WestfaJ.ische Technische Hochschule Aachen Universitätsklinikum Aachen Institut für Medizinische Informatik Pauwe1sstraße 30, 52074 Aachen Heinz Handels Universität zu Lübeck Institut für Medizinische Informatik Ratzeburger Allee 160, 23562 Lübeck Hans-Peter Meinzer Deutsches Krebsforschungszentrum Abteilung für Medizinische und Biologische Infonnatik im Neuenheimer Feld 280, 69120 Heide1berg CR Subject Classification (1998): A.O, H.3, 1.4, 1.5, 13, 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 978·3-642-28501-1 e-ISBN 978-3-642-28502-8 DOI 10.1007/978-3-642-28502-8 Springer Heidelberg Dordrecht London NewYork Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen National bibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012 Dieses Werk ist urhebenechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfil.mung 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 unterliegenden Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warcnbezeichnungen U8W. in diesem Werk. berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme,dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Einbandentwurf: WMXDesigu GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem. Papier Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (www.springer.com) V Bildverarbeitung fu¨r die Medizin 2012 Veranstalter IMI Institut fu¨r Medizinische Informatik Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin mit Unterstu¨tzung durch die Fachgesellschaften: BVMI Berufsverband Medizinischer Informatiker CURAC DeutscheGesellschaftfu¨rComputer-undRoboterassistierteChirurgie 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 Bild- und Signalverarbeitung der Deutschen Gesellschaft fu¨r Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie IEEE Joint Chapter Engineering in Medicine and Biology, German Section Tagungsvorsitz Prof. Dr. Thomas Tolxdorff Institut fu¨r Medizinische Informatik, Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin Lokale Organisation Dr. Ju¨rgen Braun Dr. Egbert Gedat Prof. Dr. Dagmar Krefting Dr. Thorsten Schaaf Sabine Sassmann Dagmar Stiller u.v.m. Institut fu¨r Medizinische Informatik, Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin Verteilte BVM-Organisation Prof. Dr. Thomas M. Deserno, Christoph Classen, Adrian Menzel Rheinisch-Westf¨alische Technische Hochschule Aachen (Tagungsband) Prof. Dr. Heinz Handels, Dr. Jan-Hinrich Wrage Universit¨at zu Lu¨beck (Begutachtung) Prof. Dr. Hans-Peter Meinzer, Dipl. Inform. Alexander Seitel Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg (Anmeldung) Prof. Dr. Thomas Tolxdorff, Dagmar Stiller Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin (Internetpr¨asenz) VI Programmkomitee Prof. Dr. Til Aach, Rheinisch-Westf¨alische Technische Hochschule Aachen Prof. Dr. Dr. Johannes Bernarding, Universit¨at Magdeburg Priv.-Doz. Dr. Ju¨rgen Braun, Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin Prof. Dr. Oliver Burgert, Hochschule Reutlingen Prof. Dr. Thorsten M. Buzug, Universit¨at zu Lu¨beck Prof. Dr. Thomas M. Deserno, Rheinisch-Westf¨alische Technische Hochschule Aachen Prof. Dr. Hartmut Dickhaus, Universit¨at Heidelberg Dr. Jan Ehrhardt, Universit¨at zu Lu¨beck Dr. Thomas Elgeti, Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin Prof. Dr. Dr. Karl-Hans Englmeier, Helmholtz-Zentrum Mu¨nchen Prof. Dr. Bernd Fischer, Fraunhofer MEVIS, Lu¨beck Dr. Klaus Fritzsche, Harvard Medical School, USA Dr. Egbert Gedat, Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin Prof. Dr. Horst Hahn, Fraunhofer MEVIS, Bremen Prof. Dr. Heinz Handels, Universit¨at zu Lu¨beck Priv.-Doz. Dr. Peter Hastreiter, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg Dr. Tobias Heimann, Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg Prof. Dr. Joachim Hornegger, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg Prof. Dr. Alexander Horsch, Technische Universit¨at Mu¨nchen & Universit¨at Tromsø, Norwegen Prof. Dr. Erwin Keeve, Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin Prof. Dr. Dagmar Krefting, Hochschule fu¨r Technik und Wirtschaft Berlin Prof. Dr. Frithjof Kruggel, University of Carlifornia Irvine, USA Dr. Lena Maier-Hein, Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg Prof. Dr. Hans-Peter Meinzer, Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg Prof. Dr. Heinrich Mu¨ller, Universit¨at Dortmund Prof. Dr. Henning Mu¨ller, Universit´e Sierre, Schweiz Prof. em. Dr. Heinrich Niemann, Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg Prof. Dr. Dietrich Paulus, Universit¨at Koblenz-Landau Prof. Dr. Heinz-Otto Peitgen, Fraunhofer MEVIS, Bremen Prof. Dr. Dr. Siegfried J. P¨oppl, Universit¨at zu Lu¨beck Prof. Dr. Bernhard Preim, Universit¨at Magdeburg Prof. Dr. Karl Rohr, Universit¨at Heidelberg Prof. Dr. Ingolf Sack, Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin Prof. Dr. Thomas Tolxdorff, Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin Dr. Gudrun Wagenknecht, Forschungszentrum Ju¨lich Prof. Dr. Herbert Witte, Universit¨at Jena Priv.-Doz. Dr. Thomas Wittenberg, Fraunhofer IIS, Erlangen Prof. Dr. Ivo Wolf, Hochschule Mannheim VII Industrieaussteller und Sponsoren AGFA Agfa HealthCare GmbH Konrad-Zuse-Platz 1-3, 53227 Bonn CHILI Chili GmbH Digital Radiology Burgstraße 61, 69121 Heidelberg DEKOM DEKOM Engineering GmbH Hoheluftchaussee 108, 20253 Hamburg DGBMT Deutsche Gesellschaft fu¨r Biomedizinische Technik im VDE Stresemannallee 15, 60596 Frankfurt GE GE Healthcare Information Technologies GmbH & Co. KG Lerchenbergstraße 15, 89160 Dornstadt GMDS Deutsche Gesellschaft fu¨r Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e.V. Industriestraße 154, 50996 K¨oln HP Hewlett-Packard GmbH Herrenberger Straße 140, 71034 B¨oblingen ID Information und Dokumentation im Gesundheitswesen GmbH & Co. KGaA Platz vor dem Neuen Tor 2, 10115 Berlin IEEE IEEE Joint Chapter Engineering in Medicine and Biology German Section 3 Park Avenue, 17th Floor, New York, YN, 10016-5995 USA INFINITT INFINITT Europe GmbH Gaugrafenstraße 34, 60489 Frankfurt am Main ITERNITY iTernity GmbH B¨otzinger Straße 60, 79111 Freiburg im Breisgau MCS MCS Labordatensysteme GmbH & Co. KG Im Kappelhof 1, 65343 Eltville NDI NDI Europe GmbH Fritz-Reichle-Ring 2, 78315 Radolfzell SIEMENS Siemens AG Siemens Deutschland Healthcare Sector – GER H BD&S MC Karlheinz-Kaske-Straße 2, 91052 Erlangen SPRINGER Springer Science & Business Media Deutschland GmbH Heidelberger Platz 3, 14197 Berlin VIII Preistr¨ager des BVM-Workshops 2011 in Lu¨beck DerBVM-Awardfu¨reineherausragendeDiplom-,Bachelor-,Master-oderDok- torarbeit aus dem Bereich der Medizinischen Bildverarbeitung ist mit 1.000 e dotiertundwurdeimJahre2011gesplittet.DiejemiteinemPreisgeldvon250e dotierten BVM-Preise zeichnen besonders hervorragende Arbeiten aus, die auf dem Workshop pr¨asentiert wurden. BVM-Award 2011 fu¨r eine herausragende Dissertation Dr. rer. nat. Klaus Fritsche (Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg) Quantification of Structural Changes in the Brain using Magnetic Resonance Imaging Dr.-Ing. Christopher Rohkohl (Universit¨at Erlangen-Nu¨rnberg) Motion Estimation and Compensation for Interventional Cardiovascular Image Reconstruction BVM-Preis 2011 fu¨r die beste wissenschaftliche Arbeit Nils D. Forkert mit Alexander Schmidt-Richberg, Jan Ehrhardt, Jens Fiehler, Heinz Handels, Dennis S¨aring (Universit¨atsklinikum Hamburg-Eppendorf) Vesselness-gefu¨hrte Level-Set Segmentierung von zerebralen Gef¨aßen BVM-Preis 2011 fu¨r die zweitbeste wissenschaftliche Arbeit Tim Becker mit Daniel H. Rapoport, Amir Madany Mamlouk (Universit¨at zu Lu¨beck) AdaptiveMitosisDetectioninLargeinvitroStemCellPopulationsusingTime- lapse Microscopy BVM-Preis 2011 fu¨r die drittbeste wissenschaftliche Arbeit Andreas MangmitStefan Becker, Alina Toma, Thomas Polzin, Tina A. Schu¨tz, Thorsten M. Buzug (Universit¨at zu Lu¨beck) Modellierung tumorinduzierter Gewebedeformation als Optimierungsproblem mit weicher Nebenbedingung BVM-Preis 2011 fu¨r den besten Vortrag MichaelSchwenkemitAnjaHennemuth,BerndFischer,OlaFriman(Fraunhofer MEVIS, Bremen) BloodParticleTrajectoriesinPhase-Contrast-MRIasMinimalPathsComputed with Anisotropic Fast Marching BVM-Preis 2011 fu¨r die beste Posterpr¨asentation Veronika Zimmer mit Nils Papenberg, Jan Modersitzki, Bernd Fischer (Fraun- hofer MEVIS, Lu¨beck) Bildregistrierung zur Verbrennungsanalyse Vorwort DiedigitaleBildverarbeitunginderMedizinhatsichnachvielenJahrenrasanter EntwicklungalszentralerBestandteildiagnostischerundtherapeutischerVerfah- renfestetabliert.VonderIndustriekontinuierlichfortentwickelteGer¨atetechnik sorgt fu¨r eine stetig steigende Datenkomplexit¨at. Diese Informationsvielfalt, ge- paart mit st¨andig wachsender Verarbeitungsgeschwindigkeit von Rechnersyste- men, verlangt neue Methoden, um die m¨oglich gewordenen Vorteile zum Wohl von Patienten erschließen zu k¨onnen. Die computergestu¨tzte Bildverarbeitung wird mit dem Ziel eingesetzt, Strukturen automatisch zu erkennen und insbe- sondere pathologische Abweichungen aufzuspu¨ren und zu quantifizieren, um so beispielsweise zur Qualit¨atssicherung in der Diagnostik beizutragen. DochdieAnforderungensindhoch,umdievisuellenF¨ahigkeiteneinesExper- ten bei der Begutachtung von medizinischem Bildmaterial nachzubilden. Den- noch gelingt die wichtige Unterscheidung von Strukturen durch zielgerichtete Algorithmen in Kombination mit der Leistungsf¨ahigkeit moderner Computer. So wird es m¨oglich, die Algorithmen und Technologien der medizinischen Bild- verarbeitung zur Unterstu¨tzung der Medizin und zum Nutzen des Patienten einzusetzen.Der Workshop Bildverarbeitungfu¨r die Medizin (BVM) bietet hier ein Podium zur Pr¨asentation und Diskussion neuer Algorithmen, Systeme und Anwendungen. Die BVM konnte sich durch erfolgreiche Veranstaltungen in Aachen, Ber- lin,Erlangen,Freiburg,Hamburg,Heidelberg,Leipzig,Lu¨beckundMu¨nchenals ein zentrales interdisziplin¨ares Forum fu¨r die Pr¨asentation und Diskussion von Methoden,SystemenundAnwendungendermedizinischenBildverarbeitungeta- blieren.ZielistdieDarstellungaktuellerForschungsergebnisseunddieVertiefung der Gespr¨ache zwischen Wissenschaftlern, Industrie und Anwendern. Die BVM richtet sich dabei erneut ausdru¨cklich auch an Nachwuchswissenschaftler, die u¨ber ihre Bachelor-, Master-, Promotions- oder Habilitationsprojekte berichten wollen. Die auf Fachkollegen aus Aachen, Berlin, Heidelberg und Lu¨beck verteilte Organisation hat sich auch diesmal wieder bew¨ahrt. Die webbasierte Einrei- chung und Begutachtung der Tagungsbeitr¨age wurde von den Kollegen in Lu¨- beck durchgefu¨hrt und ergab nach anonymisierter Bewertung durch jeweils drei Gutachter die Annahme von 76 Beitr¨agen: 48 Vortr¨age, 25 Poster und 3 Soft- waredemonstrationen. Die Qualit¨at der eingereichten Arbeiten war insgesamt sehr hoch. Die besten Arbeiten werden auch in diesem Jahr mit BVM-Preisen ausgezeichnet.DieschriftlichenLangfassungenwerdenimTagungsbanderschei- nen, der von den Aachener Kollegen aufbereitet und vom Springer-Verlag in der bew¨ahrten Reihe Informatik Aktuell“ der Gesellschaft fu¨r Informatik (GI) ” – erstmals elektronisch – publiziert wird. Die LaTeX-Vorlage zur BVM wurde erneut verbessert und der gesamte Erstellungsprozess ausschließlich u¨ber das Internet abgewickelt, ebenso wie die von den Heidelberger Kollegen organisier- X te Tagungsanmeldung. Die Internetpr¨asentation des Workshops wird in Berlin gepflegt und bietet ausfu¨hrliche Informationen u¨ber das Programm und organi- satorische Details rund um die BVM 2012. Sie sind abrufbar unter der Adresse http://www.bvm-workshop.org Am Tag vor dem wissenschaftlichen Programm werden zwei Tutorien ange- boten: – Prof. Dr. Dagmar Krefting von der Hochschule fu¨r Technik und Wirtschaft, Berlin, erl¨autert neue Entwicklungen in der medizinischen Bildverarbeitung imZusammenhangmitGRID-Technologien.VerteilteIT-Systeme,sogenann- te wissenschaftliche GRIDS, erm¨oglichen den Zugriff auf Rechenleistung, Daten und Algorithmen u¨ber die eigenen institutionellen Grenzen hinaus. IndermedizinischenForschungk¨onnensolcheHealth-GRIDSzumeinenfu¨r die Entwicklung von eigenen Algorithmen eingesetzt werden, beispielsweise beigroßenParameterstudienundbeiEvaluationmitexistierendenGoldstan- dards.Zumanderenk¨onnenaberauchmitexistierendenAlgorithmengroße Datenmengen, beispielsweise bei Bildserien, effizient berechnet werden. – Prof. Dr. Erwin Keeve von der Charit´e – Universit¨atsmedizin Berlin stellt L¨osungen zur Bildgebung und -verarbeitung im Operationssaal vor. In die- sem Tutorial werden integrierte und hybride Informationssysteme und mo- derne intraoperativ einsetzbare Bildgebungsger¨ate und deren Anwendungs- spektren vorgestellt. Es werden Workflow-Analysen fu¨r integrierte und hy- bride Operationss¨ale und die daraus ableitbaren Nutzungskonzepte darge- stellt. Fragen und L¨osungsstrategien zur dynamischen Vernetzung bildge- bender Ger¨ate im OP werden aufgezeigt und ausfu¨hrlich diskutiert. An dieser Stelle m¨ochten wir allen, die bei den umfangreichen Vorbereitun- gen zum Gelingen des Workshops beigetragen haben, unseren herzlichen Dank fu¨r ihr Engagement bei der Organisation des Workshops aussprechen: den Re- ferenten der Gastvortr¨age, den Autoren der Beitr¨age, den Referenten der Tuto- rien, den Industrierepr¨asentanten, dem Programmkomitee, den Fachgesellschaf- ten, den Mitgliedern des BVM-Organisationsteams und allen Mitarbeitern des Instituts fu¨r Medizinische Informatik der Charit´e. Wirwu¨nschenallenTeilnehmerinnenundTeilnehmerndesWorkshopsBVM 2012lehrreicheTutorials,vieleinteressanteVortr¨age,Gespr¨acheandenPostern undbeiderIndustrieausstellungsowiespannendeneueKontaktezuKolleginnen und Kollegen aus dem Bereich der medizinischen Bildverarbeitung. Januar 2012 Thomas Tolxdorff (Berlin) Thomas Deserno (Aachen) Heinz Handels (Lu¨beck) Hans-Peter Meinzer (Heidelberg)
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