@misc{OPUS4-6079, title = {Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2023}, editor = {Deserno, Thomas M. and Handels, Heinz and Maier, Andreas and Maier-Hein, Klaus H. and Palm, Christoph and Tolxdorff, Thomas}, publisher = {Springer Vieweg}, address = {Wiesbaden}, isbn = {978-3-658-41656-0}, issn = {1431-472X}, doi = {10.1007/978-3-658-41657-7}, pages = {317}, abstract = {Seit mehr als 25 Jahren ist der Workshop "Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin" als erfolgreiche Veranstaltung etabliert. Ziel ist auch 2023 wieder die Darstellung aktueller Forschungsergebnisse und die Vertiefung der Gespr{\"a}che zwischen Wissenschaftlern, Industrie und Anwendern. Die Beitr{\"a}ge dieses Bandes - viele davon in englischer Sprache - umfassen alle Bereiche der medizinischen Bildverarbeitung, insbesondere die Bildgebung und -akquisition, Segmentierung und Analyse, Visualisierung und Animation, computerunterst{\"u}tzte Diagnose sowie bildgest{\"u}tzte Therapieplanung und Therapie. Hierbei kommen Methoden des maschinelles Lernens, der biomechanischen Modellierung sowie der Validierung und Qualit{\"a}tssicherung zum Einsatz.}, subject = {Bildverarbeitung}, language = {de} } @unpublished{RueckertRueckertPalm, author = {R{\"u}ckert, Tobias and R{\"u}ckert, Daniel and Palm, Christoph}, title = {Methods and datasets for segmentation of minimally invasive surgical instruments in endoscopic images and videos: A review of the state of the art}, doi = {10.48550/arXiv.2304.13014}, pages = {25}, abstract = {In the field of computer- and robot-assisted minimally invasive surgery, enormous progress has been made in recent years based on the recognition of surgical instruments in endoscopic images. Especially the determination of the position and type of the instruments is of great interest here. Current work involves both spatial and temporal information with the idea, that the prediction of movement of surgical tools over time may improve the quality of final segmentations. The provision of publicly available datasets has recently encouraged the development of new methods, mainly based on deep learning. In this review, we identify datasets used for method development and evaluation, as well as quantify their frequency of use in the literature. We further present an overview of the current state of research regarding the segmentation and tracking of minimally invasive surgical instruments in endoscopic images. The paper focuses on methods that work purely visually without attached markers of any kind on the instruments, taking into account both single-frame segmentation approaches as well as those involving temporal information. A discussion of the reviewed literature is provided, highlighting existing shortcomings and emphasizing available potential for future developments. The publications considered were identified through the platforms Google Scholar, Web of Science, and PubMed. The search terms used were "instrument segmentation", "instrument tracking", "surgical tool segmentation", and "surgical tool tracking" and result in 408 articles published between 2015 and 2022 from which 109 were included using systematic selection criteria.}, language = {en} } @misc{MeinikheimMendelProbstetal., author = {Meinikheim, Michael and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Scheppach, Markus W. and Nagl, Sandra and Schnoy, Elisabeth and R{\"o}mmele, Christoph and Prinz, Friederike and Schlottmann, Jakob and Messmann, Helmut and Palm, Christoph and Ebigbo, Alanna}, title = {Einfluss von K{\"u}nstlicher Intelligenz auf die Performance von niedergelassenen Gastroenterolog:innen bei der Beurteilung von Barrett-{\"O}sophagus}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {61}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {8}, publisher = {Thieme}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0043-1771711}, abstract = {Einleitung Die Differenzierung zwischen nicht dysplastischem Barrett-{\"O}sophagus (NDBE) und mit Barrett-{\"O}sophagus assoziierten Neoplasien (BERN) w{\"a}hrend der endoskopischen Inspektion erfordert viel Expertise. Die fr{\"u}he Diagnosestellung ist wichtig f{\"u}r die weitere Prognose des Barrett-Karzinoms. In Deutschland werden Patient:innen mit einem Barrett-{\"O}sophagus (BE) in der Regel im niedergelassenen Sektor {\"u}berwacht. Ziele Ziel ist es, den Einfluss von einem auf K{\"u}nstlicher Intelligenz (KI) basierenden klinischen Entscheidungsunterst{\"u}tzungssystems (CDSS) auf die Performance von niedergelassenen Gastroenterolog:innen (NG) bei der Evaluation von Barrett-{\"O}sophagus (BE) zu untersuchen. Methodik Es erfolgte die prospektive Sammlung von 96 unver{\"a}nderten hochaufl{\"o}senden Videos mit F{\"a}llen von Patient:innen mit histologisch best{\"a}tigtem NDBE und BERN. Alle eingeschlossenen F{\"a}lle enthielten mindestens zwei der folgenden Darstellungsmethoden: HD-Weißlichtendoskopie, Narrow Band Imaging oder Texture and Color Enhancement Imaging. Sechs NG von sechs unterschiedlichen Praxen wurden als Proband:innen eingeschlossen. Es erfolgte eine permutierte Block-Randomisierung der Videof{\"a}lle in entweder Gruppe A oder Gruppe B. Gruppe A implizierte eine Evaluation des Falls durch Proband:innen zun{\"a}chst ohne KI und anschließend mit KI als CDSS. In Gruppe B erfolgte die Evaluation in umgekehrter Reihenfolge. Anschließend erfolgte eine zuf{\"a}llige Wiedergabe der so entstandenen Subgruppen im Rahmen des Tests. Ergebnis In diesem Test konnte ein von uns entwickeltes KI-System (Barrett-Ampel) eine Sensitivit{\"a}t von 92,2\%, eine Spezifit{\"a}t von 68,9\% und eine Accuracy von 81,3\% erreichen. Mit der Hilfe von KI verbesserte sich die Sensitivit{\"a}t der NG von 64,1\% auf 71,2\% (p<0,001) und die Accuracy von 66,3\% auf 70,8\% (p=0,006) signifikant. Eine signifikante Verbesserung dieser Parameter zeigte sich ebenfalls, wenn die Proband:innen die F{\"a}lle zun{\"a}chst ohne KI evaluierten (Gruppe A). Wurde der Fall jedoch als Erstes mit der Hilfe von KI evaluiert (Gruppe B), blieb die Performance nahezu konstant. Schlussfolgerung Es konnte ein performantes KI-System zur Evaluation von BE entwickelt werden. NG verbessern sich bei der Evaluation von BE durch den Einsatz von KI.}, language = {de} } @misc{ScheppachMendelProbstetal., author = {Scheppach, Markus W. and Mendel, Robert and Probst, Andreas and Nagl, Sandra and Meinikheim, Michael and Yip, Hon Chi and Lau, Louis Ho Shing and Chiu, Philip Wai Yan and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Effekt eines K{\"u}nstliche Intelligenz (KI) - Algorithmus auf die Gef{\"a}ßdetektion bei third space Endoskopien}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {61}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {08}, publisher = {Thieme}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0043-1771980}, pages = {e528-e529}, abstract = {Einleitung Third space Endoskopieprozeduren wie die endoskopische Submukosadissektion (ESD) und die perorale endoskopische Myotomie (POEM) sind technisch anspruchsvoll und gehen mit untersucherabh{\"a}ngigen Komplikationen wie Blutungen und Perforationen einher. Grund hierf{\"u}r ist die unabsichtliche Durchschneidung von submukosalen Blutgef{\"a}ßen ohne pr{\"a}emptive Koagulation. Ziele Die Forschungsfrage, ob ein KI-Algorithmus die intraprozedurale Gef{\"a}ßerkennung bei ESD und POEM unterst{\"u}tzen und damit Komplikationen wie Blutungen verhindern k{\"o}nnte, erscheint in Anbetracht des erfolgreichen Einsatzes von KI bei der Erkennung von Kolonpolypen interessant. Methoden Auf 5470 Einzelbildern von 59 third space Endoscopievideos wurden submukosale Blutgef{\"a}ße annotiert. Zusammen mit weiteren 179.681 nicht-annotierten Bildern wurde ein DeepLabv3+neuronales Netzwerk mit dem ECMT-Verfahren f{\"u}r semi-supervised learning trainiert, um Blutgef{\"a}ße in Echtzeit erkennen zu k{\"o}nnen. F{\"u}r die Evaluation wurde ein Videotest mit 101 Videoclips aus 15 vom Trainingsdatensatz separaten Prozeduren mit 200 vordefinierten Gef{\"a}ßen erstellt. Die Gef{\"a}ßdetektionsrate, -zeit und -dauer, definiert als der Prozentsatz an Einzelbildern eines Videos bezogen auf den Goldstandard, auf denen ein definiertes Gef{\"a}ß erkannt wurde, wurden erhoben. Acht erfahrene Endoskopiker wurden mithilfe dieses Videotests im Hinblick auf Gef{\"a}ßdetektion getestet, wobei eine H{\"a}lfte der Videos nativ, die andere H{\"a}lfte nach Markierung durch den KI-Algorithmus angesehen wurde. Ergebnisse Der mittlere Dice Score des Algorithmus f{\"u}r Blutgef{\"a}ße war 68\%. Die mittlere Gef{\"a}ßdetektionsrate im Videotest lag bei 94\% (96\% f{\"u}r ESD; 74\% f{\"u}r POEM). Die mediane Gef{\"a}ßdetektionszeit des Algorithmus lag bei 0,32 Sekunden (0,3 Sekunden f{\"u}r ESD; 0,62 Sekunden f{\"u}r POEM). Die mittlere Gef{\"a}ßdetektionsdauer lag bei 59,1\% (60,6\% f{\"u}r ESD; 44,8\% f{\"u}r POEM) des Goldstandards. Alle Endoskopiker hatten mit KI-Unterst{\"u}tzung eine h{\"o}here Gef{\"a}ßdetektionsrate als ohne KI. Die mittlere Gef{\"a}ßdetektionsrate ohne KI lag bei 56,4\%, mit KI bei 71,2\% (p<0.001). Schlussfolgerung KI-Unterst{\"u}tzung war mit einer statistisch signifikant h{\"o}heren Gef{\"a}ßdetektionsrate vergesellschaftet. Die mediane Gef{\"a}ßdetektionszeit von deutlich unter einer Sekunde sowie eine Gef{\"a}ßdetektionsdauer von gr{\"o}ßer 50\% des Goldstandards wurden f{\"u}r den klinischen Einsatz als ausreichend erachtet. In prospektiven Anwendungsstudien sollte der KI-Algorithmus auf klinische Relevanz getestet werden.}, language = {de} } @misc{ZellmerRauberProbstetal., author = {Zellmer, Stephan and Rauber, David and Probst, Andreas and Weber, Tobias and Nagl, Sandra and R{\"o}mmele, Christoph and Schnoy, Elisabeth and Palm, Christoph and Messmann, Helmut and Ebigbo, Alanna}, title = {Verwendung k{\"u}nstlicher Intelligenz bei der Detektion der Papilla duodeni major}, series = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, volume = {61}, journal = {Zeitschrift f{\"u}r Gastroenterologie}, number = {08}, publisher = {Thieme}, address = {Stuttgart}, doi = {10.1055/s-0043-1772000}, pages = {e539 -- e540}, abstract = {Einleitung Die Endoskopische Retrograde Cholangiopankreatikographie (ERCP) ist der Goldstandard in der Diagnostik und Therapie von Erkrankungen des pankreatobili{\"a}ren Trakts. Jedoch ist sie technisch sehr anspruchsvoll und weist eine vergleichsweise hohe Komplikationsrate auf. Ziele In der vorliegenden Machbarkeitsstudie soll gepr{\"u}ft werden, ob mithilfe eines Deep-learning-Algorithmus die Papille und das Ostium zuverl{\"a}ssig detektiert werden k{\"o}nnen und somit f{\"u}r Endoskopiker mit geringer Erfahrung ein geeignetes Hilfsmittel, insbesondere f{\"u}r die Ausbildungssituation, darstellen k{\"o}nnten. Methodik Wir betrachteten insgesamt 606 Bilddatens{\"a}tze von 65 Patienten. In diesen wurde sowohl die Papilla duodeni major als auch das Ostium segmentiert. Anschließend wurde eine neuronales Netz mittels eines Deep-learning-Algorithmus trainiert. Außerdem erfolgte eine 5-fache Kreuzvaldierung. Ergebnisse Bei einer 5-fachen Kreuzvaldierung auf den 606 gelabelten Daten konnte f{\"u}r die Klasse Papille eine F1-Wert von 0,7908, eine Sensitivit{\"a}t von 0,7943 und eine Spezifit{\"a}t von 0,9785 erreicht werden, f{\"u}r die Klasse Ostium eine F1-Wert von 0,5538, eine Sensitivit{\"a}t von 0,5094 und eine Spezifit{\"a}t von 0,9970 (vgl. [Tab. 1]). Unabh{\"a}ngig von der Klasse zeigte sich gemittelt (Klasse Papille und Klasse Ostium) ein F1-Wert von 0,6673, eine Sensitivit{\"a}t von 0,6519 und eine Spezifit{\"a}t von 0,9877 (vgl. [Tab. 2]). Schlussfolgerung In vorliegende Machbarkeitsstudie konnte das neuronale Netz die Papilla duodeni major mit einer hohen Sensitivit{\"a}t und sehr hohen Spezifit{\"a}t identifizieren. Bei der Detektion des Ostiums war die Sensitivit{\"a}t deutlich geringer. Zuk{\"u}nftig soll das das neuronale Netz mit mehr Daten trainiert werden. Außerdem ist geplant, den Algorithmus auch auf Videos anzuwenden. Somit k{\"o}nnte langfristig ein geeignetes Hilfsmittel f{\"u}r die ERCP etabliert werden.}, language = {de} }