TY - GEN A1 - Krefting, Dagmar A1 - Zaunseder, Sebastian A1 - Säring, Dennis A1 - Wittenberg, Thomas A1 - Palm, Christoph A1 - Schiecke, Karin A1 - Krenkel, Lars A1 - Hennemuth, Anja A1 - Schnell, Susanne A1 - Spicher, Nicolai T1 - Blutdruck, Hämodynamik und Gefäßzustand: Innovative Erfassung und Bewertung – Schwerpunkt bildbasierte Verfahren T2 - 66. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS), 12. Jahreskongress der Technologie- und Methodenplattform für die vernetzte medizinische Forschung e. V. (TMF), 26. - 30.09.2021, online N2 - Einleitung: Blutdruck gilt als sogenannter Vitalparameter als einer der grundlegenden Indikatoren für den Gesundheitszustand einer Person. Sowohl zu niedriger als auch zu hoher Blutdruck kann lebensbedrohend sein, letzerer ist darüber hinaus ein Risikofaktor insbesondere für Herz-Kreislauferkrankungen, die trotz wichtiger Fortschritte in der Behandlung immer noch die häufigste Todesursache in Deutschland darstellen. Die Hämodynamik, also die raumzeitliche Dynamik des Blutflusses, und der Gefäßzustand sind eng verbunden mit dem Blutdruck und ebenfalls von hoher klinischer Relevanz, u.a. zur Identifikation von Durchblutungsstörungen und ungünstigen Druckverteilungen der Gefäßwand. Innovationen in der Messtechnik als auch in der Datenanalyse bieten heute neue Möglichkeiten der Erfassung und Bewertung von Blutdruck, Hämodynamik und Gefäßzustand [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 Ansätze und Lösungen für Mess- und Analyseverfahren zu Blutdruck und -fluss sowie zum Gefäßzustand vorstellen und diskutieren. Dabei stehen im ersten Workshop auf der GMDS Jahrestagung Bildbasierte Verfahren im Zentrum, während der zweite Workshop auf der DGBMT Jahrestagung den Fokus auf Biosignalbasierten Verfahren legt. Es werden aktuelle Forschungsergebnisse vorgestellt und diskutiert. Es sind jeweils mehrere Vorträge geplant mit ausreichend Zeit zur Diskussion. Folgende Vorträge 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 hämodynamischer Parameter mit 4D flow MRI: Möglichkeiten und Herausforderungen Ergebnisse: Ziel des Workshops ist die Identifikation von innovativen Ansätzen und neuen Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von hämodynamischen Parametern sowie deren kritische Bewertung durch die Community für die Eignung in der klinischen Entscheidungsunterstützung. Diskussion: Der Workshop leistet inhaltlich einen Beitrag zu zentralen Aspekten für die Herz-Kreislauf-Medizin. Er bringt dabei Expertise aus verschiedenen Bereichen zusammen und schlägt die Brücke zwischen Kardiologie, Medizininformatik und Medizintechnik. Schlussfolgerung: Innovative Technologien aus Medizintechnik und Informatik ermöglichen zunehmend einfache und raumzeitlich aufgelöste Erfassung und Bewertung wichtiger Informationen zur Unterstützung 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. KW - Bildbasierte Verfahren KW - Blutdruck KW - Hämodynamik KW - Blutgefäß KW - Bildgebendes Verfahren Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0183-21gmds0167 ER - TY - JOUR A1 - Maier, Johannes A1 - Weiherer, Maximilian A1 - Huber, Michaela A1 - Palm, Christoph T1 - Imitating human soft tissue on basis of a dual-material 3D print using a support-filled metamaterial to provide bimanual haptic for a hand surgery training system JF - Quantitative Imaging in Medicine and Surgery N2 - Background: Currently, it is common practice to use three-dimensional (3D) printers not only for rapid prototyping in the industry, but also in the medical area to create medical applications for training inexperienced surgeons. In a clinical training simulator for minimally invasive bone drilling to fix hand fractures with Kirschner-wires (K-wires), a 3D-printed hand phantom must not only be geometrically but also haptically correct. Due to a limited view during an operation, surgeons need to perfectly localize underlying risk structures only by feeling of specific bony protrusions of the human hand. Methods: The goal of this experiment is to imitate human soft tissue with its haptic and elasticity for a realistic hand phantom fabrication, using only a dual-material 3D printer and support-material-filled metamaterial between skin and bone. We present our workflow to generate lattice structures between hard bone and soft skin with iterative cube edge (CE) or cube face (CF) unit cells. Cuboid and finger shaped sample prints with and without inner hard bone in different lattice thickness are constructed and 3D printed. Results: The most elastic available rubber-like material is too firm to imitate soft tissue. By reducing the amount of rubber in the inner volume through support material (SUP), objects become significantly softer. Without metamaterial, after disintegration, the SUP can be shifted through the volume and thus the body loses its original shape. Although the CE design increases the elasticity, it cannot restore the fabric form. In contrast to CE, the CF design increases not only the elasticity but also guarantees a local limitation of the SUP. Therefore, the body retains its shape and internal bones remain in its intended place. Various unit cell sizes, lattice thickening and skin thickness regulate the rubber material and SUP ratio. Test prints with higher SUP and lower rubber material percentage appear softer and vice versa. This was confirmed by an expert surgeon evaluation. Subjects adjudged pure rubber-like material as too firm and samples only filled with SUP or lattice structure in CE design as not suitable for imitating tissue. 3D-printed finger samples in CF design were rated as realistic compared to the haptic of human tissue with a good palpable bone structure. Conclusions: We developed a new dual-material 3D print technique to imitate soft tissue of the human hand with its haptic properties. Blowy SUP is trapped within a lattice structure to soften rubber-like 3D print material, which makes it possible to reproduce a realistic replica of human hand soft tissue. KW - Dual-material 3D printing KW - Hand surgery training KW - Metamaterial KW - Support material KW - Tissue-imitating hand phantom KW - Handchirurgie KW - 3D-Druck KW - Biomaterial KW - Lernprogramm Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-979 N1 - Corresponding author: Christoph Palm VL - 9 IS - 1 SP - 30 EP - 42 PB - AME Publishing Company ER - TY - CHAP A1 - Weber Nunes, Danilo A1 - Hammer, Michael A1 - Hammer, Simone A1 - Uller, Wibke A1 - Palm, Christoph T1 - Classification of Vascular Malformations Based on T2 STIR Magnetic Resonance Imaging T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2022: Proceedings, German Workshop on Medical Image Computing, Heidelberg, June 26-28, 2022 N2 - Vascular malformations (VMs) are a rare condition. They can be categorized into high-flow and low-flow VMs, which is a challenging task for radiologists. In this work, a very heterogeneous set of MRI images with only rough annotations are used for classification with a convolutional neural network. The main focus is to describe the challenging data set and strategies to deal with such data in terms of preprocessing, annotation usage and choice of the network architecture. We achieved a classification result of 89.47 % F1-score with a 3D ResNet 18. KW - Deep Learning KW - Magnetic Resonance Imaging KW - Vascular Malformations Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-36932-3_57 SP - 267 EP - 272 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - JOUR A1 - Deserno, Thomas M. A1 - Handels, Heinz A1 - Maier-Hein, Klaus H. A1 - Mersmann, Sven A1 - Palm, Christoph A1 - Tolxdorff, Thomas A1 - Wagenknecht, Gudrun A1 - Wittenberg, Thomas T1 - Viewpoints on Medical Image Processing BT - From Science to Application JF - Current Medical Imaging Reviews N2 - 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. KW - Medical imaging KW - Image processing KW - Image analysis KW - Vizualization KW - Multi-modal imaging KW - Diffusion-weighted imaging KW - Model-based imaging KW - Digital endoscopy KW - Bildgebendes Verfahren KW - Bildverarbeitung KW - Medizin Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.2174/1573405611309020002 VL - 9 IS - 2 SP - 79 EP - 88 ER - TY - CHAP A1 - Palm, Christoph A1 - Pietrzyk, Uwe T1 - Time-Dependent Joint Probability Speed Function for Level-Set Segmentation of Rat-Brain Slices T2 - Proceedings of the SPIE Medical Imaging 6914: Image Processing 69143U N2 - The segmentation of rat brain slices suffers from illumination inhomogeneities and staining effects. State-of-the-art level-set methods model slice and background with intensity mixture densities defining the speed function as difference between the respective probabilites. Nevertheless, the overlap of these distributions causes an inaccurate stopping at the slice border. In this work, we propose the characterisation of the border area with intensity pairs for inside and outside estimating joint intensity probabilities. Method - In contrast to global object and background models, we focus on the object border characterised by a joint mixture density. This specifies the probability of the occurance of an inside and an outside value in direct adjacency. These values are not known beforehand, because inside and outside depend on the level-set evolution and change during time. Therefore, the speed function is computed time-dependently at the position of the current zero level-set. Along this zero level-set curve, the inside and outside values are derived as mean along the curvature normal directing inside and outside the object. Advantage of the joint probability distribution is to resolve the distribution overlaps, because these are assumed to be not located at the same border position. Results - The novel time-dependent joint probability based speed function is compared expermimentally with single probability based speed functions. Two rat brains with about 40 slices are segmented and the results analysed using manual segmentations and the Tanimoto overlap measure. Improved results are recognised for both data sets. KW - Image segmentation KW - Brain KW - Visualization KW - Image processing KW - Medical imaging KW - Neuroimaging KW - Beryllium KW - Kernspintomografie KW - Histologie KW - Schnittdarstellung KW - Bildsegmentierung KW - Gehirn Y1 - 2008 U6 - https://doi.org/10.1117/12.770673 IS - 6914 SP - 69143U-1 EP - 69143U-8 ER - TY - GEN A1 - Maier, Johannes A1 - Weiherer, Maximilian A1 - Huber, Michaela A1 - Palm, Christoph ED - Handels, Heinz ED - Deserno, Thomas M. ED - Maier, Andreas ED - Maier-Hein, Klaus H. ED - Palm, Christoph ED - Tolxdorff, Thomas T1 - Abstract: Imitating Human Soft Tissue with Dual-Material 3D Printing T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2019, Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 17. bis 19. März 2019 in Lübeck N2 - Currently, it is common practice to use three-dimensional (3D) printers not only for rapid prototyping in the industry, but also in the medical area to create medical applications for training inexperienced surgeons. In a clinical training simulator for minimally invasive bone drilling to fix hand fractures with Kirschner-wires (K-wires), a 3D printed hand phantom must not only be geometrically but also haptically correct. Due to a limited view during an operation, surgeons need to perfectly localize underlying risk structures only by feeling of specific bony protrusions of the human hand. KW - Handchirurgie KW - 3D-Druck KW - Lernprogramm KW - HaptiVisT Y1 - 2019 SN - 978-3-658-25325-7 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-25326-4_48 SP - 218 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Franz, Daniela A1 - Katzky, Uwe A1 - Neumann, S. A1 - Perret, Jerome A1 - Hofer, Mathias A1 - Huber, Michaela A1 - Schmitt-Rüth, Stephanie A1 - Haug, Sonja A1 - Weber, Karsten A1 - Prinzen, Martin A1 - Palm, Christoph A1 - Wittenberg, Thomas T1 - Haptisches Lernen für Cochlea Implantationen BT - Konzept - HaptiVisT Projekt T2 - 15. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboterassistierte Chirurgie (CURAC2016), Tagungsband, 2016, Bern, 29.09. - 01.10. N2 - Die Implantation eines Cochlea Implantates benötigt einen chirurgischen Zugang im Felsenbein und durch die Paukenhöhle des Patienten. Der Chirurg hat eine eingeschränkte Sicht im Operationsgebiet, die weiterhin viele Risikostrukturen enthält. Um eine Cochlea Implantation sicher und fehlerfrei durchzuführen, ist eine umfangreiche theoretische und praktische (teilweise berufsbegleitende) Fortbildung sowie langjährige Erfahrung notwendig. Unter Nutzung von realen klinischen CT/MRT Daten von Innen- und Mittelohr und der interaktiven Segmentierung der darin abgebildeten Strukturen (Nerven, Cochlea, Gehörknöchelchen,...) wird im HaptiVisT Projekt ein haptisch-visuelles Trainingssystem für die Implantation von Innen- und Mittelohr-Implantaten realisiert, das als sog. „Serious Game“ mit immersiver Didaktik gestaltet wird. Die Evaluierung des Demonstrators hinsichtlich Zweckmäßigkeit erfolgt prozessbegleitend und ergebnisorientiert, um mögliche technische oder didaktische Fehler vor Fertigstellung des Systems aufzudecken. Drei zeitlich versetzte Evaluationen fokussieren dabei chirurgisch-fachliche, didaktische sowie haptisch-ergonomische Akzeptanzkriterien. KW - Virtuelles Training KW - Haptisches Feedback KW - Gamification in der Medizin KW - Cochlea-Implantat KW - Operationstechnik KW - Simulation KW - Haptische Feedback-Technologie KW - Lernprogramm Y1 - 2016 UR - https://curac.org/images/advportfoliopro/images/CURAC2016/CURAC%202016%20Tagungsband.pdf SP - 21 EP - 26 ER - TY - JOUR A1 - Hartmann, Robin A1 - Weiherer, Maximilian A1 - Schiltz, Daniel A1 - Seitz, Stephan A1 - Lotter, Luisa A1 - Anker, Alexandra A1 - Palm, Christoph A1 - Prantl, Lukas A1 - Brébant, Vanessa T1 - A Novel Method of Outcome Assessment in Breast Reconstruction Surgery: Comparison of Autologous and Alloplastic Techniques Using Three-Dimensional Surface Imaging JF - Aesthetic Plastic Surgery N2 - Background Breast reconstruction is an important coping tool for patients undergoing a mastectomy. There are numerous surgical techniques in breast reconstruction surgery (BRS). Regardless of the technique used, creating a symmetric outcome is crucial for patients and plastic surgeons. Three-dimensional surface imaging enables surgeons and patients to assess the outcome’s symmetry in BRS. To discriminate between autologous and alloplastic techniques, we analyzed both techniques using objective optical computerized symmetry analysis. Software was developed that enables clinicians to assess optical breast symmetry using three-dimensional surface imaging. Methods Twenty-seven patients who had undergone autologous (n = 12) or alloplastic (n = 15) BRS received three-dimensional surface imaging. Anthropomorphic data were collected digitally using semiautomatic measurements and automatic measurements. Automatic measurements were taken using the newly developed software. To quantify symmetry, a Symmetry Index is proposed. Results Statistical analysis revealed that there is no dif- ference in the outcome symmetry between the two groups (t test for independent samples; p = 0.48, two-tailed). Conclusion This study’s findings provide a foundation for qualitative symmetry assessment in BRS using automatized digital anthropometry. In the present trial, no difference in the outcomes’ optical symmetry was detected between autologous and alloplastic approaches. KW - Breast reconstruction KW - Breast symmetry KW - Digital anthropometry KW - Mammoplastik KW - Dreidimensionale Bildverarbeitung KW - Autogene Transplantation KW - Alloplastik Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1007/s00266-020-01749-4 VL - 44 SP - 1980 EP - 1987 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - CHAP A1 - Weber, Joachim A1 - Doenitz, Christian A1 - Brawanski, Alexander A1 - Palm, Christoph T1 - Data-Parallel MRI Brain Segmentation in Clinicial Use BT - Porting FSL-Fastv4 to GPGPUs T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2015; Algorithmen - Systeme - Anwendungen; Proceedings des Workshops vom 15. bis 17. März 2015 in Lübeck N2 - Structural MRI brain analysis and segmentation is a crucial part in the daily routine in neurosurgery for intervention planning. Exemplarily, the free software FSL-FAST (FMRIB’s Segmentation Library – FMRIB’s Automated Segmentation Tool) in version 4 is used for segmentation of brain tissue types. To speed up the segmentation procedure by parallel execution, we transferred FSL-FAST to a General Purpose Graphics Processing Unit (GPGPU) using Open Computing Language (OpenCL) [1]. The necessary steps for parallelization resulted in substantially different and less useful results. Therefore, the underlying methods were revised and adapted yielding computational overhead. Nevertheless, we achieved a speed-up factor of 3.59 from CPU to GPGPU execution, as well providing similar useful or even better results. KW - Brain Segmentation KW - Magnetic Resonance Imaging KW - Parallel Execution KW - Voxel Spacing KW - General Purpose Graphic Processing Unit KW - Kernspintomografie KW - Gehirn KW - Bildsegmentierung KW - Parallelverarbeitung Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-46224-9_67 SP - 389 EP - 394 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Schubert, Nicole A1 - Pietrzyk, Uwe A1 - Reißel, Martin A1 - Palm, Christoph T1 - Reduktion von Rissartefakten durch nicht-lineare Registrierung in histologischen Schnittbildern T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2009; Algorithmen - Systeme - Anwendungen; Proceedings des Workshops vom 22. bis 25. März 2009 in Heidelberg N2 - In dieser Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das Rissartefakte, die in histologischen Rattenhirnschnitten vorkommen können, durch nicht-lineare Registrierung reduziert. Um die Optimierung in der Rissregion zu leiten, wird der Curvature Registrierungsansatz um eine Metrik basierend auf der Segmentierung der Bilder erweitert. Dabei erzielten Registrierungen mit der ausschließlichen Segmentierung des Risses bessere Ergebnisse als Registrierungen mit einer Segmentierung des gesamten Hirnschnitts. Insgesamt zeigt sich eine deutliche Verbesserung in der Rissregion, wobei der verbleibende reduzierte Riss auf die Glattheitsbedingungen des Regularisierers zurückzuführen ist. KW - Registrierung KW - Nichtlineare Optimierung KW - Bildsegmentierung KW - Gehirn KW - Schnittdarstellung Y1 - 2009 UR - http://sunsite.informatik.rwth-aachen.de/Publications/CEUR-WS/Vol-446/p410.pdf SP - 410 EP - 414 PB - Springer CY - Berlin ER -