@article{DesernoHandelsMaierHeinetal., author = {Deserno, Thomas M. and Handels, Heinz and Maier-Hein, Klaus H. and Mersmann, Sven and Palm, Christoph and Tolxdorff, Thomas and Wagenknecht, Gudrun and Wittenberg, Thomas}, title = {Viewpoints on Medical Image Processing}, series = {Current Medical Imaging Reviews}, volume = {9}, journal = {Current Medical Imaging Reviews}, number = {2}, doi = {10.2174/1573405611309020002}, pages = {79 -- 88}, abstract = {Medical image processing provides core innovation for medical imaging. This paper is focused on recent developments from science to applications analyzing the past fifteen years of history of the proceedings of the German annual meeting on medical image processing (BVM). Furthermore, some members of the program committee present their personal points of views: (i) multi-modality for imaging and diagnosis, (ii) analysis of diffusion-weighted imaging, (iii) model-based image analysis, (iv) registration of section images, (v) from images to information in digital endoscopy, and (vi) virtual reality and robotics. Medical imaging and medical image computing is seen as field of rapid development with clear trends to integrated applications in diagnostics, treatment planning and treatment.}, subject = {Bildgebendes Verfahren}, language = {en} } @inproceedings{EixelbergerWittenbergPerretetal., author = {Eixelberger, Thomas and Wittenberg, Thomas and Perret, Jerome and Katzky, Uwe and Simon, Martina and Schmitt-R{\"u}th, Stephanie and Hofer, Mathias and Sorge, M. and Jacob, R. and Engel, Felix B. and Gostian, A. and Palm, Christoph and Franz, Daniela}, title = {A haptic model for virtual petrosal bone milling}, series = {17. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft f{\"u}r Computer- und Roboterassistierte Chirurgie (CURAC2018), Tagungsband, 2018, Leipzig, 13.-15. September}, volume = {17}, booktitle = {17. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft f{\"u}r Computer- und Roboterassistierte Chirurgie (CURAC2018), Tagungsband, 2018, Leipzig, 13.-15. September}, pages = {214 -- 219}, abstract = {Virtual training of bone milling requires realtime and realistic haptics of the interaction between the "virtual mill" and a "virtual bone". We propose an exponential abrasion model between a virtual one and the mill bit and combine it with a coarse representation of the virtual bone and the mill shaft for collision detection using the Bullet Physics Engine. We compare our exponential abrasion model to a widely used linear abrasion model and evaluate it quantitatively and qualitatively. The evaluation results show, that we can provide virtual milling in real-time, with an abrasion behavior similar to that proposed in the literature and with a realistic feeling of five different surgeons.}, subject = {Osteosynthese}, language = {en} } @inproceedings{WeihererZornWittenbergetal., author = {Weiherer, Maximilian and Zorn, Martin and Wittenberg, Thomas and Palm, Christoph}, title = {Retrospective Color Shading Correction for Endoscopic Images}, series = {Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2020. Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 15. bis 17. M{\"a}rz 2020 in Berlin}, booktitle = {Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2020. Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 15. bis 17. M{\"a}rz 2020 in Berlin}, editor = {Tolxdorff, Thomas and Deserno, Thomas M. and Handels, Heinz and Maier, Andreas and Maier-Hein, Klaus H. and Palm, Christoph}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-29266-9}, doi = {10.1007/978-3-658-29267-6}, pages = {14 -- 19}, abstract = {In this paper, we address the problem of retrospective color shading correction. An extension of the established gray-level shading correction algorithm based on signal envelope (SE) estimation to color images is developed using principal color components. Compared to the probably most general shading correction algorithm based on entropy minimization, SE estimation does not need any computationally expensive optimization and thus can be implemented more effciently. We tested our new shading correction scheme on artificial as well as real endoscopic images and observed promising results. Additionally, an indepth analysis of the stop criterion used in the SE estimation algorithm is provided leading to the conclusion that a fixed, user-defined threshold is generally not feasible. Thus, we present new ideas how to develop a non-parametric version of the SE estimation algorithm using entropy.}, subject = {Endoskopie}, language = {en} } @misc{KreftingZaunsederSaeringetal., author = {Krefting, Dagmar and Zaunseder, Sebastian and S{\"a}ring, Dennis and Wittenberg, Thomas and Palm, Christoph and Schiecke, Karin and Krenkel, Lars and Hennemuth, Anja and Schnell, Susanne and Spicher, Nicolai}, title = {Blutdruck, H{\"a}modynamik und Gef{\"a}ßzustand: Innovative Erfassung und Bewertung - Schwerpunkt bildbasierte Verfahren}, series = {66. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft f{\"u}r Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS), 12. Jahreskongress der Technologie- und Methodenplattform f{\"u}r die vernetzte medizinische Forschung e. V. (TMF), 26. - 30.09.2021, online}, journal = {66. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft f{\"u}r Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS), 12. Jahreskongress der Technologie- und Methodenplattform f{\"u}r die vernetzte medizinische Forschung e. V. (TMF), 26. - 30.09.2021, online}, doi = {10.3205/21gmds016}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0183-21gmds0167}, abstract = {Einleitung: Blutdruck gilt als sogenannter Vitalparameter als einer der grundlegenden Indikatoren f{\"u}r den Gesundheitszustand einer Person. Sowohl zu niedriger als auch zu hoher Blutdruck kann lebensbedrohend sein, letzerer ist dar{\"u}ber hinaus ein Risikofaktor insbesondere f{\"u}r Herz-Kreislauferkrankungen, die trotz wichtiger Fortschritte in der Behandlung immer noch die h{\"a}ufigste Todesursache in Deutschland darstellen. Die H{\"a}modynamik, also die raumzeitliche Dynamik des Blutflusses, und der Gef{\"a}ßzustand sind eng verbunden mit dem Blutdruck und ebenfalls von hoher klinischer Relevanz, u.a. zur Identifikation von Durchblutungsst{\"o}rungen und ung{\"u}nstigen Druckverteilungen der Gef{\"a}ßwand. Innovationen in der Messtechnik als auch in der Datenanalyse bieten heute neue M{\"o}glichkeiten der Erfassung und Bewertung von Blutdruck, H{\"a}modynamik und Gef{\"a}ßzustand [1], [2], [3], [4]. Methodik: In einer gemeinsamen Workshopserie der AG Medizinische Bild- und Signalverarbeitung der GMDS und des Fachausschusses Biosignale der DGBMT werden wir neue Ans{\"a}tze und L{\"o}sungen f{\"u}r Mess- und Analyseverfahren zu Blutdruck und -fluss sowie zum Gef{\"a}ßzustand vorstellen und diskutieren. Dabei stehen im ersten Workshop auf der GMDS Jahrestagung Bildbasierte Verfahren im Zentrum, w{\"a}hrend der zweite Workshop auf der DGBMT Jahrestagung den Fokus auf Biosignalbasierten Verfahren legt. Es werden aktuelle Forschungsergebnisse vorgestellt und diskutiert. Es sind jeweils mehrere Vortr{\"a}ge geplant mit ausreichend Zeit zur Diskussion. Folgende Vortr{\"a}ge sind geplant (Arbeitstitel): Sebastian Zaunseder: Videobasierte Erfassung des Blutdrucks Anja Hennemuth: A Visualization Toolkit for the Analysis of Aortic Anatomy and Pressure Distribution Lars Krenkel: Numerische Analyse der Rupturwahrscheinlichkeit zerebraler Aneurysmata Susanne Schnell: Messung des Blutflusses und h{\"a}modynamischer Parameter mit 4D flow MRI: M{\"o}glichkeiten und Herausforderungen Ergebnisse: Ziel des Workshops ist die Identifikation von innovativen Ans{\"a}tzen und neuen Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von h{\"a}modynamischen Parametern sowie deren kritische Bewertung durch die Community f{\"u}r die Eignung in der klinischen Entscheidungsunterst{\"u}tzung. Diskussion: Der Workshop leistet inhaltlich einen Beitrag zu zentralen Aspekten f{\"u}r die Herz-Kreislauf-Medizin. Er bringt dabei Expertise aus verschiedenen Bereichen zusammen und schl{\"a}gt die Br{\"u}cke zwischen Kardiologie, Medizininformatik und Medizintechnik. Schlussfolgerung: Innovative Technologien aus Medizintechnik und Informatik erm{\"o}glichen zunehmend einfache und raumzeitlich aufgel{\"o}ste Erfassung und Bewertung wichtiger Informationen zur Unterst{\"u}tzung von Diagnose und Therapieverfolgung. [1] Zaunseder S, Trumpp A, Wedekind D, Malberg H. Cardiovascular assessment by imaging photoplethysmography - a review. Biomed Tech (Berl). 2018 Oct 25;63(5):617-34. [2] Huellebrand M, Messroghli D, Tautz L, Kuehne T, Hennemuth A. An extensible software platform for interdisciplinary cardiovascular imaging research. Comput Methods Programs Biomed. 2020 Feb;184:105277. [3] Schmitter S, Adriany G, Waks M, Moeller S, Aristova M, Vali A, et al. Bilateral Multiband 4D Flow MRI of the Carotid Arteries at 7T. Magn Reson Med. 2020 Oct;84(4):1947-60. [4] Birkenmaier C, and Krenkel, L. Flow in Artificial Lungs. In: New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics XIII. Contributions to the 22nd STAB/DGLR Symposium. Springer; 2021.}, subject = {Blutdruck}, language = {de} } @article{MaierPerretSimonetal., author = {Maier, Johannes and Perret, Jerome and Simon, Martina and Schmitt-R{\"u}th, Stephanie and Wittenberg, Thomas and Palm, Christoph}, title = {Force-feedback assisted and virtual fixtures based K-wire drilling simulation}, series = {Computers in Biology and Medicine}, volume = {114}, journal = {Computers in Biology and Medicine}, publisher = {Elsevier}, doi = {10.1016/j.compbiomed.2019.103473}, pages = {1 -- 10}, abstract = {One common method to fix fractures of the human hand after an accident is an osteosynthesis with Kirschner wires (K-wires) to stabilize the bone fragments. The insertion of K-wires is a delicate minimally invasive surgery, because surgeons operate almost without a sight. Since realistic training methods are time consuming, costly and insufficient, a virtual-reality (VR) based training system for the placement of K-wires was developed. As part of this, the current work deals with the real-time bone drilling simulation using a haptic force-feedback device. To simulate the drilling, we introduce a virtual fixture based force-feedback drilling approach. By decomposition of the drilling task into individual phases, each phase can be handled individually to perfectly control the drilling procedure. We report about the related finite state machine (FSM), describe the haptic feedback of each state and explain, how to avoid jerking of the haptic force-feedback during state transition. The usage of the virtual fixture approach results in a good haptic performance and a stable drilling behavior. This was confirmed by 26 expert surgeons, who evaluated the virtual drilling on the simulator and rated it as very realistic. To make the system even more convincing, we determined real drilling feed rates through experimental pig bone drilling and transferred them to our system. Due to a constant simulation thread we can guarantee a precise drilling motion. Virtual fixtures based force-feedback calculation is able to simulate force-feedback assisted bone drilling with high quality and, thus, will have a great potential in developing medical applications.}, subject = {Handchirurgie}, language = {en} } @inproceedings{FranzDreherPrinzenetal., author = {Franz, Daniela and Dreher, Maria and Prinzen, Martin and Teßmann, Matthias and Palm, Christoph and Katzky, Uwe and Perret, Jerome and Hofer, Mathias and Wittenberg, Thomas}, title = {CT-basiertes virtuelles Fr{\"a}sen am Felsenbein}, series = {Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2018; Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 11. bis 13. M{\"a}rz 2018 in Erlangen}, booktitle = {Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2018; Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 11. bis 13. M{\"a}rz 2018 in Erlangen}, publisher = {Springer}, address = {Berlin}, isbn = {978-3-662-56537-7}, doi = {10.1007/978-3-662-56537-7_51}, pages = {176 -- 181}, abstract = {Im Rahmen der Entwicklung eines haptisch-visuellen Trainingssystems f{\"u}r das Fr{\"a}sen am Felsenbein werden ein Haptikarm und ein autostereoskopischer 3D-Monitor genutzt, um Chirurgen die virtuelle Manipulation von kn{\"o}chernen Strukturen im Kontext eines sog. Serious Game zu erm{\"o}glichen. Unter anderem sollen Assistenz{\"a}rzte im Rahmen ihrer Ausbildung das Fr{\"a}sen am Felsenbein f{\"u}r das chirurgische Einsetzen eines Cochlea-Implantats {\"u}ben k{\"o}nnen. Die Visualisierung des virtuellen Fr{\"a}sens muss daf{\"u}r in Echtzeit und m{\"o}glichst realistisch modelliert, implementiert und evaluiert werden. Wir verwenden verschiedene Raycasting Methoden mit linearer und Nearest Neighbor Interpolation und vergleichen die visuelle Qualit{\"a}t und die Bildwiederholfrequenzen der Methoden. Alle verglichenen Verfahren sind sind echtzeitf{\"a}hig, unterscheiden sich aber in ihrer visuellen Qualit{\"a}t.}, subject = {Felsenbein}, language = {de} } @inproceedings{MaierHuberKatzkyetal., author = {Maier, Johannes and Huber, Michaela and Katzky, Uwe and Perret, Jerome and Wittenberg, Thomas and Palm, Christoph}, title = {Force-Feedback-assisted Bone Drilling Simulation Based on CT Data}, series = {Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2018; Algorithmen - Systeme - Anwendungen; Proceedings des Workshops vom 11. bis 13. M{\"a}rz 2018 in Erlangen}, booktitle = {Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2018; Algorithmen - Systeme - Anwendungen; Proceedings des Workshops vom 11. bis 13. M{\"a}rz 2018 in Erlangen}, publisher = {Springer}, address = {Berlin}, doi = {10.1007/978-3-662-56537-7_78}, pages = {291 -- 296}, abstract = {In order to fix a fracture using minimally invasive surgery approaches, surgeons are drilling complex and tiny bones with a 2 dimensional X-ray as single imaging modality in the operating room. Our novel haptic force-feedback and visual assisted training system will potentially help hand surgeons to learn the drilling procedure in a realistic visual environment. Within the simulation, the collision detection as well as the interaction between virtual drill, bone voxels and surfaces are important. In this work, the chai3d collision detection and force calculation algorithms are combined with a physics engine to simulate the bone drilling process. The chosen Bullet-Physics-Engine provides a stable simulation of rigid bodies, if the collision model of the drill and the tool holder is generated as a compound shape. Three haptic points are added to the K-wire tip for removing single voxels from the bone. For the drilling process three modes are proposed to emulate the different phases of drilling in restricting the movement of a haptic device.}, subject = {Handchirurgie}, language = {en} } @inproceedings{FranzKatzkyNeumannetal., author = {Franz, Daniela and Katzky, Uwe and Neumann, Sabine and Perret, Jerome and Hofer, Mathias and Huber, Michaela and Schmitt-R{\"u}th, Stephanie and Haug, Sonja and Weber, Karsten and Prinzen, Martin and Palm, Christoph and Wittenberg, Thomas}, title = {Haptisches Lernen f{\"u}r Cochlea Implantationen}, series = {15. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft f{\"u}r Computer- und Roboterassistierte Chirurgie (CURAC2016), Tagungsband, 2016, Bern, 29.09. - 01.10.}, booktitle = {15. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft f{\"u}r Computer- und Roboterassistierte Chirurgie (CURAC2016), Tagungsband, 2016, Bern, 29.09. - 01.10.}, pages = {21 -- 26}, abstract = {Die Implantation eines Cochlea Implantates ben{\"o}tigt einen chirurgischen Zugang im Felsenbein und durch die Paukenh{\"o}hle des Patienten. Der Chirurg hat eine eingeschr{\"a}nkte Sicht im Operationsgebiet, die weiterhin viele Risikostrukturen enth{\"a}lt. Um eine Cochlea Implantation sicher und fehlerfrei durchzuf{\"u}hren, ist eine umfangreiche theoretische und praktische (teilweise berufsbegleitende) Fortbildung sowie langj{\"a}hrige Erfahrung notwendig. Unter Nutzung von realen klinischen CT/MRT Daten von Innen- und Mittelohr und der interaktiven Segmentierung der darin abgebildeten Strukturen (Nerven, Cochlea, Geh{\"o}rkn{\"o}chelchen,...) wird im HaptiVisT Projekt ein haptisch-visuelles Trainingssystem f{\"u}r die Implantation von Innen- und Mittelohr-Implantaten realisiert, das als sog. „Serious Game" mit immersiver Didaktik gestaltet wird. Die Evaluierung des Demonstrators hinsichtlich Zweckm{\"a}ßigkeit erfolgt prozessbegleitend und ergebnisorientiert, um m{\"o}gliche technische oder didaktische Fehler vor Fertigstellung des Systems aufzudecken. Drei zeitlich versetzte Evaluationen fokussieren dabei chirurgisch-fachliche, didaktische sowie haptisch-ergonomische Akzeptanzkriterien.}, subject = {Cochlea-Implantat}, language = {de} } @inproceedings{MaierHaugHuberetal., author = {Maier, Johannes and Haug, Sonja and Huber, Michaela and Katzky, Uwe and Neumann, Sabine and Perret, J{\´e}r{\^o}me and Prinzen, Martin and Weber, Karsten and Wittenberg, Thomas and W{\"o}hl, Rebecca and Scorna, Ulrike and Palm, Christoph}, title = {Development of a haptic and visual assisted training simulation concept for complex bone drilling in minimally invasive hand surgery}, series = {CARS Conference, 5.10.-7.10.2017}, booktitle = {CARS Conference, 5.10.-7.10.2017}, language = {en} }