TY - JOUR A1 - Schmiedt, Anja Bettina A1 - Neumaier, Stefanie ED - Zinger, Benjamin ED - Wester, Ann Marie ED - Bröker, Thomas T1 - Über die strukturierte Entwicklung digitaler Lehr- und Lernformate mit EMPAMOS – Erkenntnisse aus einem Lehrprojekt JF - Hochschulbildung und Spiel : Lernen motivierend gestalten N2 - Der vorliegende Beitrag diskutiert ausgewählte Schlaglichter eines hybriden Lehr- und Lernprojektes, welches mithilfe von EMPAMOS als Analyse-, Gestaltungs- und Reflexionsinstrument entwickelt und begleitet wurde. Das Lehrprojekt verfolgte das Ziel, hybride und digitale Lehre in einem Kurs zur mathematischen Statistik durch Gamification motivational ansprechend zu gestalten. Hierfür wurde das hybride Lehr- und Lernlabor als ein veränderliches Spielfeld verstanden, mit welchem es umzugehen galt, um stets handlungsfähig zu bleiben und Studierende adäquat auf das Bestehen des Leistungsnachweises vorzubereiten. Dabei konnte die kooperative Spielform als ein zentrales Spielelement identifiziert werden, mit dem sich dieser Auftrag umsetzen ließ. Bei den Studierenden hatte jedoch das immanente motivationale Bedürfnis nach Kompetenzerleben die höchste Priorität. Y1 - 2025 UR - https://www.transcript-verlag.de/978-3-8376-7374-6/ SN - 978-3-8394-7374-0 SP - 121 EP - 136 PB - transcriptVerlag CY - Bielefeld ER - TY - CHAP A1 - Schmiedt, Anja A1 - Sussmann, Monika A1 - Klemcke, Joy ED - Zinger, Benjamin ED - Wester, Ann Marie ED - Bröker, Thomas T1 - Generative Künstliche Intelligenz und Mathematik in der Hochschullehre : ein Rendezvous zwischen Euphorie und Skepsis T2 - Hochschulbildung und Spiel : Lernen motivierend gestalten Y1 - 2025 UR - https://www.transcript-verlag.de/978-3-8376-7374-6/ SN - 978-3-8394-7374-0 SP - 269 EP - 284 PB - transcriptVerlag CY - Bielefeld ER - TY - JOUR A1 - Weber, Karsten T1 - The Right to make fatal decisions JF - The American Journal of Bioethics Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1080/15265161.2024.2361903 SN - 1526-5161 VL - 24 IS - 8 SP - 127 EP - 128 PB - Taylor & Francis ER - TY - CHAP A1 - Stadlbauer, Jana A1 - Frommeld, Debora A1 - Chow, Rosan A1 - Weber, Karsten ED - Grabbe, Lars C. T1 - Partizipative Designpraktiken für verkörperte Künstliche Intelligenz T2 - Designforschung und KI N2 - Der Beitrag thematisiert partizipative Designpraktiken für verkörperte Künstliche Intelligenz und untersucht, wie Nutzende stärker in den Gestaltungsprozess eingebunden werden können. Ausgehend von Design-Thinking-Modellen, die Nutzendengruppen aktiv an der Technikgestaltung beteiligen, geht der Gedanke des Beitrags noch weiter und stellt das Konzept des participatory theatre vor – eine explorative Methode, die im Rahmen der Ausstellung ‚Leben mit Robotern‘ an der OTH Regensburg eingesetzt wurde. Besuchende konnten sich als Roboter verkleiden und in Rollenspielen Interaktionen mit Technik simulieren. Diese performative Herangehensweise eröffnete neue Perspektiven auf das Design von Robotern und auf die Wahrnehmung verkörperter KI. Mit einer qualitativen, inhaltsanalytischen Auswertung von knapp 90 Aussagen von Besuchenden wird untersucht, wie Menschen auf das Design von Robotik und KI reagiert haben und inwieweit alltagsrelevante Designprinzipien zur Sprache kommen. Die Ergebnisse zeigen eine mehrheitlich offene bis begeisterte Haltung gegenüber Robotern. Kritik und Zurückhaltung wurde seltener geäußert. Es wird diskutiert, inwieweit zentrale Aspekte wie Design einen Einfluss auf die Wahrnehmung von Robotern haben können. Der Beitrag betont die gesellschaftliche Relevanz ästhetischer Gestaltung und plädiert für interdisziplinäre, explorative Forschungsansätze, um KI-Systeme nutzungsnah und kulturell sensibel zu entwickeln. Y1 - 2025 SN - 9783658497972 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-49798-9_8 SN - 2731-9458 SP - 123 EP - 137 PB - Springer CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Weber, Karsten ED - Honekamp, Wilfried ED - Kemme, Stefanie ED - Struck, Jens T1 - Akzeptanz, Regulierung und soziotechnische Anforderungen an KI-Systeme für die automatisierte Strafverfolgung T2 - Auswirkungen von Künstlicher Intelligenz auf die zukünftige Polizeiarbeit N2 - Mit Systemen der Künstlichen Intelligenz (KI) stehen leistungsfähige Werkzeuge zur Verfügung, die viele Handlungsbereiche und insbesondere professionelle Tätigkeiten tiefgreifend verändern könnten. Denn nun deutet sich an, dass nicht nur repetitive Aufgaben bei der Herstellung von Gütern oder in Verwaltungsprozessen mithilfe von Computern automatisiert werden können, sondern auch Tätigkeiten, die erhebliche intellektuelle Fähigkeiten voraussetzen, da sie im Kontext schlecht oder schwierig zu definierender Rahmenbedingungen zu verrichten sind. Dazu gehören ohne Zweifel Aufgaben, die mit der Aufklärung von Verbrechen und der Strafverfolgung verbunden sind. Ob hier KI-Systeme erfolgreich eingesetzt werden können, hängt nicht nur von den technischen Möglichkeiten ab, sondern auch davon, ob die Menschen, die in der Strafverfolgung tätig sind, die Technik akzeptieren und ob die organisatorischen Rahmenbedingungen so gestaltet werden können, dass sie mit dem Einsatz von KI kompatibel sind. Y1 - 2025 SN - 9783658484248 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-48425-5_18 SP - 319 EP - 334 PB - Springer CY - Wiesbaden ER - TY - BOOK A1 - Weber, Karsten ED - Weber, Karsten T1 - Künstliche Intelligenz und Kränkung BT - Der Verlust menschlicher Besonderheit N2 - Künstliche Intelligenz bringt psychosoziale Herausforderungen mit sich, insbesondere den Verlust der vermeintlichen menschlichen Einzigartigkeit, was unser Selbstbild als autonome Wesen infrage stellt. Karsten Weber beschreibt die Kränkung, die durch die Entwicklung und den Einsatz von KI verursacht wird. Das Denken über und Arbeiten mit KI ist eingebettet in Prozesse des Verfügbarmachens immer größerer Teile der Welt durch Technik, aber auch der gleichzeitigen und wiederholten Erfahrung einer Nicht-Besonderheit des Menschen. Exemplarisch erörtert der Autor Übergänge und Verluste – und setzt sie in den Kontext anderer globaler Herausforderungen, denen die Menschheit aktuell und in absehbarer Zukunft gegenübersteht. Er zeigt auf, wie Entwicklung und Einsatz von KI dazu beitragen, dass das insbesondere ›westliche‹ Selbstverständnis des Menschen auf individueller wie gesellschaftlicher Ebene unter Druck gerät. Wie kann ein konstruktiver Umgang mit KI aussehen? Wie können wir mit den Herausforderungen, die KI an uns stellt, gut umgehen? Y1 - 2025 SN - 978-3-8379-3393-2 U6 - https://doi.org/10.30820/9783837963465 PB - Psychosozial-Verlag CY - Gießen ER - TY - JOUR A1 - Weber, Karsten A1 - Haug, Sonja A1 - Raptis, Georgios A1 - Dotter, Caroline T1 - ePA : wenig bekannt und Widerspruchslösung bevorzugt JF - eHealth-Com N2 - Eine bevölkerungsrepräsentative Umfrage der gesamtdeutschen Bevölkerung ergibt: Die ePA ist wenig bekannt. 48 Prozent der Bevölkerung geben an, die ePA nicht zu kennen. Die Personen, die die ePA kennen, möchten diese zum überwiegenden Teil zukünftig nutzen. Bezüglich der automatischen Datenübertragung in die ePA sind die Nutzer:innen zurückhaltend. Y1 - 2024 UR - https://e-health-com.de/fileadmin/user_upload/dateien/ePaper/EHC_5_2024_E-Paper.pdf VL - 24 IS - 5 SP - 14 EP - 17 PB - HEALTH-CARE-COM CY - Offenbach ER - TY - CHAP A1 - Weber, Karsten ED - Grimm, Petra ED - Zöllner, Oliver T1 - Künstliche Intelligenz am Ende des Lebens BT - Szenarien des KI-Einsatzes zur Prognose und Gestaltung des Sterbens T2 - Ethik der Digitalisierung in Gesundheitswesen und Pflege: Analysen und ein Tool zur integrierten Forschung Y1 - 2025 SN - 978-3-515-13552-8 U6 - https://doi.org/10.25162/9783515135528 SP - 87 EP - 107 PB - Franz Steiner Verlag CY - Stuttgart ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Rauber, David A1 - Zingler, C. A1 - Weber Nunes, Danilo A1 - Probst, Andreas A1 - Römmele, Christoph A1 - Nagl, Sandra A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut T1 - Instrumentenerkennung während der endoskopischen Submukosadissektion mittels künstlicher Intelligenz T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung: Die endoskopische Submukosadissektion (ESD) ist eine komplexe Technik zur Resektion gastrointestinaler Frühneoplasien. Dabei werden für die verschiedenen Schritte der Intervention spezifische endoskopische Instrumente verwendet. Die präzise und automatische Erkennung und Abgrenzung der verwendeten Instrumente (Injektionsnadeln, elektrochirurgische Messer mit unterschiedlichen Konfigurationen, hämostatische Zangen) könnte wertvolle Informationen über den Fortschritt und die Verfahrensmerkmale der ESD liefern und eine automatische standardisierte Berichterstattung ermöglichen. Ziele: Ziel dieser Studie war die Entwicklung eines KI-Algorithmus zur Erkennung und Delineation von endoskopischen Instrumenten bei der ESD. Methodik: 17 ESD-Videos (9×rektal, 5×ösophageal, 3×gastrisch) wurden retrospektiv zusammengestellt. Auf 8530 Einzelbilder dieser Videos wurden durch 2 Studienmitarbeiter die folgenden Klassen eingezeichnet: Hakenmesser – Spitze, Hakenmesser – Katheter, Nadelmesser – Spitze und – Katheter, Injektionsnadel -Spitze und – Katheter sowie hämostatische Zange – Spitze und – Katheter. Der annotierte Datensatz wurde zum Training eines DeepLabV3+-Deep-Learning-Algorithmus mit ConvNeXt-Backbone zur Erkennung und Abgrenzung der genannten Klassen verwendet. Die Evaluation erfolgte durch 5-fache interne Kreuzvalidierung. Ergebnis: Die Validierung auf Einzelpixelbasis ergab insgesamt einen F1-Score von 0,80, eine Sensitivität von 0,81 und eine Spezifität von 1,00. Es wurden F1-Scores von 1,00, 0,97, 0,80, 0,98, 0,85, 0,97, 0,80, 0,51 bzw. 0,85 für die Klassen Hakenmesser – Katheter und – Spitze, Nadelmesser – Katheter und – Spitze, Injektionsnadel – Katheter und – Spitze, hämostatische Zange – Katheter und – Spitze gemessen. Schlussfolgerung: In dieser Studie wurden die wichtigsten endoskopischen Instrumente, die während der ESD verwendet werden, mit hoher Genauigkeit erkannt. Die geringere Leistung bei der hämostatische Zange – Katheter kann auf die Unterrepräsentation dieser Klassen in den Trainingsdaten zurückgeführt werden. Zukünftige Studien werden sich auf die Erweiterung der Instrumentenklassen sowie auf die Ausbalancierung der Trainingsdaten konzentrieren. Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0045-1811092 VL - 63 IS - 8 PB - Thieme ER - TY - CHAP A1 - Klausmann, Leonard A1 - Rueckert, Tobias A1 - Rauber, David A1 - Maerkl, Raphaela A1 - Yildiran, Suemeyye R. A1 - Gutbrod, Max A1 - Palm, Christoph T1 - DIY challenge blueprint: from organization to technical realization in biomedical image analysis T2 - Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention - MICCAI 2025 ; Proceedings Part XI N2 - Biomedical image analysis challenges have become the de facto standard for publishing new datasets and benchmarking different state-of-the-art algorithms. Most challenges use commercial cloud-based platforms, which can limit custom options and involve disadvantages such as reduced data control and increased costs for extended functionalities. In contrast, Do-It-Yourself (DIY) approaches have the capability to emphasize reliability, compliance, and custom features, providing a solid basis for low-cost, custom designs in self-hosted systems. Our approach emphasizes cost efficiency, improved data sovereignty, and strong compliance with regulatory frameworks, such as the GDPR. This paper presents a blueprint for DIY biomedical imaging challenges, designed to provide institutions with greater autonomy over their challenge infrastructure. Our approach comprehensively addresses both organizational and technical dimensions, including key user roles, data management strategies, and secure, efficient workflows. Key technical contributions include a modular, containerized infrastructure based on Docker, integration of open-source identity management, and automated solution evaluation workflows. Practical deployment guidelines are provided to facilitate implementation and operational stability. The feasibility and adaptability of the proposed framework are demonstrated through the MICCAI 2024 PhaKIR challenge with multiple international teams submitting and validating their solutions through our self-hosted platform. This work can be used as a baseline for future self-hosted DIY implementations and our results encourage further studies in the area of biomedical image analysis challenges. KW - Biomedical challenges KW - Image analysis KW - Blueprint KW - Do-It-Yourself KW - Self-hosting Y1 - 2025 SN - 978-3-032-05141-7 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-032-05141-7_9 SP - 85 EP - 95 PB - Springer CY - Cham ER - TY - INPR A1 - Gutbrod, Max A1 - Rauber, David A1 - Weber Nunes, Danilo A1 - Palm, Christoph T1 - OpenMIBOOD: Open Medical Imaging Benchmarks for Out-Of-Distribution Detection N2 - The growing reliance on Artificial Intelligence (AI) in critical domains such as healthcare demands robust mechanisms to ensure the trustworthiness of these systems, especially when faced with unexpected or anomalous inputs. This paper introduces the Open Medical Imaging Benchmarks for Out-Of-Distribution Detection (OpenMIBOOD), a comprehensive framework for evaluating out-of-distribution (OOD) detection methods specifically in medical imaging contexts. OpenMIBOOD includes three benchmarks from diverse medical domains, encompassing 14 datasets divided into covariate-shifted in-distribution, near-OOD, and far-OOD categories. We evaluate 24 post-hoc methods across these benchmarks, providing a standardized reference to advance the development and fair comparison of OOD detection methods. Results reveal that findings from broad-scale OOD benchmarks in natural image domains do not translate to medical applications, underscoring the critical need for such benchmarks in the medical field. By mitigating the risk of exposing AI models to inputs outside their training distribution, OpenMIBOOD aims to support the advancement of reliable and trustworthy AI systems in healthcare. The repository is available at this https URL. Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.16247 N1 - Der Aufsatz wurde peer-reviewed veröffentlicht und ist ebenfalls in diesem Repositorium verzeichnet unter: https://opus4.kobv.de/opus4-oth-regensburg/8467 ER - TY - GEN A1 - Weber, Karsten T1 - Künstliche Intelligenz in der Verwaltung: Chancen und Risiken Y1 - 2025 ER - TY - GEN A1 - Weber, Karsten T1 - Transparenz aus praktischer und regulatorischer Perspektive: Ein Beitrag zur Technikfolgenabschätzung der KI? Y1 - 2023 ER - TY - GEN A1 - Weber, Karsten T1 - Verantwortung als Leitprinzip der Arbeit der Gemeinsamen Ethikkommission der Hochschulen Bayerns (GEHBa) Y1 - 2023 ER - TY - GEN A1 - Weber, Karsten T1 - Driverless vehicles and software dependency: sustainability, security, and safety are at stake Y1 - 2023 ER - TY - GEN A1 - Weber, Karsten T1 - KI und Sterben Just-in-Time BT - Wenn das Unwägbare voraussehbar und das Unvermeidliche beeinflussbar wird Y1 - 2023 ER - TY - GEN A1 - Weber, Karsten T1 - „Ist da jemand?“ – Die Geschichte des Versuchs denkende Maschinen zu bauen Y1 - 2023 ER - TY - GEN A1 - Weber, Karsten T1 - Social challenges that (might) come from AI Y1 - 2023 ER - TY - JOUR A1 - Weiherer, Maximilian A1 - Eigenberger, Andreas A1 - Egger, Bernhard A1 - Brébant, Vanessa A1 - Prantl, Lukas A1 - Palm, Christoph T1 - Learning the shape of female breasts: an open-access 3D statistical shape model of the female breast built from 110 breast scans JF - The Visual Computer N2 - We present the Regensburg Breast Shape Model (RBSM)—a 3D statistical shape model of the female breast built from 110 breast scans acquired in a standing position, and the first publicly available. Together with the model, a fully automated, pairwise surface registration pipeline used to establish dense correspondence among 3D breast scans is introduced. Our method is computationally efficient and requires only four landmarks to guide the registration process. A major challenge when modeling female breasts from surface-only 3D breast scans is the non-separability of breast and thorax. In order to weaken the strong coupling between breast and surrounding areas, we propose to minimize the variance outside the breast region as much as possible. To achieve this goal, a novel concept called breast probability masks (BPMs) is introduced. A BPM assigns probabilities to each point of a 3D breast scan, telling how likely it is that a particular point belongs to the breast area. During registration, we use BPMs to align the template to the target as accurately as possible inside the breast region and only roughly outside. This simple yet effective strategy significantly reduces the unwanted variance outside the breast region, leading to better statistical shape models in which breast shapes are quite well decoupled from the thorax. The RBSM is thus able to produce a variety of different breast shapes as independently as possible from the shape of the thorax. Our systematic experimental evaluation reveals a generalization ability of 0.17 mm and a specificity of 2.8 mm. To underline the expressiveness of the proposed model, we finally demonstrate in two showcase applications how the RBSM can be used for surgical outcome simulation and the prediction of a missing breast from the remaining one. Our model is available at https://www.rbsm.re-mic.de/. KW - Statistical shape model KW - Non-rigid surface registration KW - Breast imaging KW - Surgical outcome simulation KW - Breast reconstruction surgery Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-30506 N1 - Corresponding author: Christoph Palm N1 - Zugehörige arXiv-Publikation: https://opus4.kobv.de/opus4-oth-regensburg/frontdoor/index/index/docId/2023 VL - 39 IS - 4 SP - 1597 EP - 1616 PB - Springer Nature ER - TY - JOUR A1 - Brébant, Vanessa A1 - Weiherer, Maximilian A1 - Noisser, Vivien A1 - Seitz, Stephan A1 - Prantl, Lukas A1 - Eigenberger, Andreas T1 - Implants Versus Lipograft: Analysis of Long-Term Results Following Congenital Breast Asymmetry Correction JF - Aesthetic Plastic Surgery N2 - Aims Congenital breast asymmetry represents a particular challenge to the classic techniques of plastic surgery given the young age of patients at presentation. This study reviews and compares the long-term results of traditional breast augmentation using silicone implants and the more innovative technique of lipografting. Methods To achieve this, we not only captured subjective parameters such as satisfaction with outcome and symmetry, but also objective parameters including breast vol-ume and anthropometric measurements. The objective examination was performed manually and by using the Vectra H2 photogrammetry scanning system. Results Differences between patients undergoing either implant augmentation or lipograft were revealed not to be significant with respect to patient satisfaction with surgical outcome (p= 0.55) and symmetry (p= 0.69). Furthermore, a breast symmetry of 93 % was reported in both groups. Likewise, no statistically significant volume difference between the left and right breasts was observed in both groups (p\0.41). However, lipograft patients needed on average 2.9 procedures to achieve the desired result, compared with 1.3 for implant augmentation. In contrast, patients treated with implant augmentation may require anumber of implant changes during their lifetime. Conclusion Both methods may be considered for patients presenting with congenital breast asymmetry. KW - Congenital Breast Asymmetry KW - 3D volumetry KW - Autologous fat injections KW - Three-dimensional imaging KW - Lipograft Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-32404 N1 - Corresponding author der OTH Regensburg: Vanessa Brébant VL - 46 SP - 2228 EP - 2236 PB - Springer Nature 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 - JOUR A1 - Maier, Johannes A1 - Weiherer, Maximilian A1 - Huber, Michaela A1 - Palm, Christoph T1 - Optically tracked and 3D printed haptic phantom hand for surgical training system JF - Quantitative Imaging in Medicine and Surgery N2 - Background: For surgical fixation of bone fractures of the human hand, so-called Kirschner-wires (K-wires) are drilled through bone fragments. Due to the minimally invasive drilling procedures without a view of risk structures like vessels and nerves, a thorough training of young surgeons is necessary. For the development of a virtual reality (VR) based training system, a three-dimensional (3D) printed phantom hand is required. To ensure an intuitive operation, this phantom hand has to be realistic in both, its position relative to the driller as well as in its haptic features. The softest 3D printing material available on the market, however, is too hard to imitate human soft tissue. Therefore, a support-material (SUP) filled metamaterial is used to soften the raw material. Realistic haptic features are important to palpate protrusions of the bone to determine the drilling starting point and angle. An optical real-time tracking is used to transfer position and rotation to the training system. Methods: A metamaterial already developed in previous work is further improved by use of a new unit cell. Thus, the amount of SUP within the volume can be increased and the tissue is softened further. In addition, the human anatomy is transferred to the entire hand model. A subcutaneous fat layer and penetration of air through pores into the volume simulate shiftability of skin layers. For optical tracking, a rotationally symmetrical marker attached to the phantom hand with corresponding reference marker is developed. In order to ensure trouble-free position transmission, various types of marker point applications are tested. Results: Several cuboid and forearm sample prints lead to a final 30 centimeter long hand model. The whole haptic phantom could be printed faultless within about 17 hours. The metamaterial consisting of the new unit cell results in an increased SUP share of 4.32%. Validated by an expert surgeon study, this allows in combination with a displacement of the uppermost skin layer a good palpability of the bones. Tracking of the hand marker in dodecahedron design works trouble-free in conjunction with a reference marker attached to the worktop of the training system. Conclusions: In this work, an optically tracked and haptically correct phantom hand was developed using dual-material 3D printing, which can be easily integrated into a surgical training system. KW - Handchirurgie KW - 3D-Druck KW - Lernprogramm KW - Zielverfolgung KW - HaptiVisT KW - Dual-material 3D printing KW - hand surgery training KW - metamaterial KW - tissue imitating phantom hand Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.21037/qims.2019.12.03 N1 - Corresponding author: Christoph Palm VL - 10 IS - 02 SP - 340 EP - 455 PB - AME Publishing Company CY - Hong Kong, China ER - TY - JOUR A1 - Noisser, Vivien A1 - Eigenberger, Andreas A1 - Weiherer, Maximilian A1 - Seitz, Stephan A1 - Prantl, Lukas A1 - Brébant, Vanessa T1 - Surgery of congenital breast asymmetry - which objective parameter influences the subjective satisfaction with long-term results JF - Archives of Gynecology and Obstetrics N2 - Purpose Congenital breast asymmetry is a serious gynecological malformation for affected patients. The condition hits young women in puberty and is associated with socio-esthetic handicap, depression, and psychosexual problems. Surgical treatment is usually early in the patient's lifetime, so a long-term sustainable solution is important. Although postoperative outcome has been evaluated in several studies before, this study is the first to analyze which objective parameters have the greatest influence on subjective satisfaction with long-term results. Methods Thirty-four patients diagnosed with congenital breast asymmetry that underwent either lipofilling or implant therapy between the years of 2008 to 2019 were examined. On average, our collective comprised patients seven years after surgery. Data were mainly gathered through manual measurements, patient-reported outcome measures (Breast Q™), and breast volumetry based on 3D scans (Vectra® H2, Canfield Scientific). Results Among all analyzed parameters, only areolar diameter correlated significantly negatively with the subjective outcome satisfaction of the patient. Regarding the subjective assessment of postoperative satisfaction with similarity of the breasts, again the mean areolar diameter, but also the difference in areolar diameter and breast volume between the right and left breasts correlated significantly negatively. Conclusion Areolar diameter was revealed as being a significant factor influencing subjective long-term satisfaction in breast asymmetry patients. Moreover, 3D volumetry proves to be an effective tool to substantiate subjective patient assessments. Our findings may lead to further improvements to surgical planning and will be expanded in further studies. KW - Congenital breast asymmetry KW - Poland syndrome KW - Lipofilling KW - Silicone implant KW - 3D volumetry Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s00404-021-06218-0 PB - Springer Nature ER - TY - CHAP A1 - Franz, Daniela A1 - Dreher, Maria A1 - Prinzen, Martin A1 - Teßmann, Matthias A1 - Palm, Christoph A1 - Katzky, Uwe A1 - Perret, Jerome A1 - Hofer, Mathias A1 - Wittenberg, Thomas T1 - CT-basiertes virtuelles Fräsen am Felsenbein BT - Bild- und haptischen Wiederholfrequenzen bei unterschiedlichen Rendering Methoden T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2018; Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 11. bis 13. März 2018 in Erlangen N2 - Im Rahmen der Entwicklung eines haptisch-visuellen Trainingssystems für das Fräsen am Felsenbein werden ein Haptikarm und ein autostereoskopischer 3D-Monitor genutzt, um Chirurgen die virtuelle Manipulation von knöchernen Strukturen im Kontext eines sog. Serious Game zu ermöglichen. Unter anderem sollen Assistenzärzte im Rahmen ihrer Ausbildung das Fräsen am Felsenbein für das chirurgische Einsetzen eines Cochlea-Implantats üben können. Die Visualisierung des virtuellen Fräsens muss dafür in Echtzeit und möglichst realistisch modelliert, implementiert und evaluiert werden. Wir verwenden verschiedene Raycasting Methoden mit linearer und Nearest Neighbor Interpolation und vergleichen die visuelle Qualität und die Bildwiederholfrequenzen der Methoden. Alle verglichenen Verfahren sind sind echtzeitfähig, unterscheiden sich aber in ihrer visuellen Qualität. KW - Felsenbein KW - Fräsen KW - Virtualisierung KW - Computertomographie KW - Computerassistierte Chirurgie Y1 - 2018 SN - 978-3-662-56537-7 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-56537-7_51 SP - 176 EP - 181 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Maier, Johannes A1 - Huber, Michaela A1 - Katzky, Uwe A1 - Perret, Jerome A1 - Wittenberg, Thomas A1 - Palm, Christoph T1 - Force-Feedback-assisted Bone Drilling Simulation Based on CT Data T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2018; Algorithmen - Systeme - Anwendungen; Proceedings des Workshops vom 11. bis 13. März 2018 in Erlangen N2 - 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. KW - Handchirurgie KW - Osteosynthese KW - Simulation KW - Lernprogramm Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-56537-7_78 SP - 291 EP - 296 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Eixelberger, Thomas A1 - Wittenberg, Thomas A1 - Perret, Jerome A1 - Katzky, Uwe A1 - Simon, Martina A1 - Schmitt-Rüth, Stephanie A1 - Hofer, Mathias A1 - Sorge, M. A1 - Jacob, R. A1 - Engel, Felix B. A1 - Gostian, A. A1 - Palm, Christoph A1 - Franz, Daniela T1 - A haptic model for virtual petrosal bone milling T2 - 17. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboterassistierte Chirurgie (CURAC2018), Tagungsband, 2018, Leipzig, 13.-15. September N2 - 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. KW - Osteosynthese KW - Simulation KW - Lernprogramm Y1 - 2018 UR - https://www.curac.org/images/advportfoliopro/images/CURAC2018/CURAC 2018 Tagungsband.pdf VL - 17 SP - 214 EP - 219 ER - TY - CHAP A1 - Palm, Christoph A1 - Schanze, Thomas T1 - Biomedical Image and Signal Computing (BISC 2013) T2 - 58. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e.V. (GMDS 2013), Lübeck, 01.-05.09.2013 Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/doi:10.3205/13gmds257 N1 - Meeting Abstract IS - DocAbstr. 324 PB - German Medical Science GMS Publishing House CY - Düsseldorf ER - TY - JOUR A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Mendel, Robert A1 - Probst, Andreas A1 - Manzeneder, Johannes A1 - Souza Jr., Luis Antonio de A1 - Papa, João Paulo A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut T1 - Computer-aided diagnosis using deep learning in the evaluation of early oesophageal adenocarcinoma JF - GuT N2 - Computer-aided diagnosis using deep learning (CAD-DL) may be an instrument to improve endoscopic assessment of Barrett’s oesophagus (BE) and early oesophageal adenocarcinoma (EAC). Based on still images from two databases, the diagnosis of EAC by CAD-DL reached sensitivities/specificities of 97%/88% (Augsburg data) and 92%/100% (Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention [MICCAI] data) for white light (WL) images and 94%/80% for narrow band images (NBI) (Augsburg data), respectively. Tumour margins delineated by experts into images were detected satisfactorily with a Dice coefficient (D) of 0.72. This could be a first step towards CAD-DL for BE assessment. If developed further, it could become a useful adjunctive tool for patient management. KW - Speiseröhrenkrebs KW - Diagnose KW - Computerunterstütztes Verfahren KW - Maschinelles Lernen Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-68 N1 - Corresponding authors: Alanna Ebigbo and Christoph Palm VL - 68 IS - 7 SP - 1143 EP - 1145 PB - British Society of Gastroenterology ER - TY - THES A1 - Maier, Johannes T1 - Entwicklung eines Haptisch und Visuell unterstützten Trainingssystems (HaptiVisT) für komplexe Knochenbohrungen in der minimalinvasiven Handchirurgie N2 - Eine gängige Operationsmethode, um Frakturen der menschlichen Hand nach einem Unfall zu korrigieren, ist eine Osteosynthese mit sogenannten Kirschnerdrähten (K-Drähten) zur Stabilisierung von Knochenfragmenten. Die Einführung dieser langen, dünnen und scharfen Drähte durch manuelles Bohren ist eine komplexe minimalinvasive Operation, bei der ein Chirurg nahezu ohne visuelle Orientierung und nur durch eine kleine Öffnung der Haut des Patienten arbeitet. Als Orientierungshilfe für die optimale Lage der K-Drähte bleibt dem Chirurgen lediglich eine zweidimensionale (2D)-Röntgendarstellung und das Ertasten von knöchernen Vorsprüngen auf der menschlichen Hand, um Verletzungen an Risikostrukturen (Nerven, Gefäße usw.), die im Weichteilgewebe der Hand eingebettet sind, zu vermeiden. Für eine sichere und fehlerfreie Durchführung einer K-Draht-Osteosynthese ist deswegen eine gründliche theoretische und praktische Ausbildung junger Chirurgen notwendig. Da traditionelle Trainingsmethoden zeitaufwendig, kostspielig, ethisch nicht korrekt und unzureichend realistisch sind, wird in dieser Arbeit ein innovativer, auf virtueller Realität (VR) basierender, Haptisch und Visuell unterstützter Trainingssimulator (HaptiVisT) für die Platzierung von K-Drähten entwickelt, der vor allem Handchirurgen mit Übungs- und Perfektionierungsbedarf dabei unterstützt, das Bohrverfahren in einer realistischen aber virtuellen Umgebung zu erlernen. Beim HaptiVisT-Prototypenaufbau werden reale Patientendaten segmentierter Volumendaten aus einer Computertomographie (CT) und einer Magnetresonanztomographie (MRT) im virtuellen, dreidimensionalen (3D) Raum auf einem 3D-Monitor visualisiert und für eine intuitive bimanuelle Haptik sowohl mit einem Kraftfeedback-Gerät für den Bohrprozess und einer 3D-gedruckten und optisch getrackten Phantomhand kombiniert. Die vorliegende Arbeit beschreibt zunächst alle verwendeten Hardwaregeräte, die C++-Softwareumgebung, aufgebaut auf Multithreading (gleichzeitige Ausführung mehrerer Anweisungsfolgen in einem Prozess), und die auf Oberflächen- und Volumenrendering basierte Visualisierung. Die Kollisionsdetektion zwischen Bohrer und Knochen im virtuellen Raum wird in zwei separate Ereignisse unterteilt: Kollisionen zwischen Objekten als Gesamtes (Simulation der Kollision über die gesamte Objektoberfläche) und Kollisionen zwischen einer K-Draht-Spitze und dem Knochenvolumen für die Entfernung kleiner Volumenelemente (Voxel). Das Herzstück des Trainingssystems bildet eine echtzeitfähige Bohrsimulation, die den gesamten Bohrprozess in eine endliche Anzahl logischer Unterprozesse gliedert und diese Zustände in einen endlichen Zustandsautomaten (FSM, engl.: Finite State Machine) zusammenfasst. Das Kraftfeedback während einer Bohrung wird mit sogenannten „Virtual Fixtures“ (abstrakten sensorischen Informationen) berechnet und über einen Haptikarm auf den Benutzer übertragen. Damit die Simulation der Realität entspricht, wird unter Zuhilfenahme eines experimentellen Aufbaus die reale Bohrgeschwindigkeit durch kortikale Knochen ermittelt. Anschließend werden ein Levelkonzept und alle im System verfügbaren Bohrunterstützungswerkzeuge, wie haptische Korridore als Goldstandard oder eine Röntgenbildsimulation, vorgestellt. Mit ihnen ist es möglich, ausgesuchte Operationsfälle in Level unterschiedlicher Schwierigkeit zu unterteilen und den Operationsvorgang qualitativ zu bewerten. Der 3D-Druck einer Phantomhand (realitätsnahe Nachbildung einer Patientenhand) mit realistischen haptischen Eigenschaften zum Ertasten von Knochenvorsprüngen wird über einen metamaterialbasierten Ansatz (Neuanordnung des Grundmaterials durch eine künstlich angelegte, sich wiederholende Struktur) realisiert, da das aktuell am Markt verfügbare 3D-Druckmaterial für den Druck menschlichen Weichteilgewebes zu hart ist. Die Echtzeitverfolgung der Phantomhand beruht auf einem mit einer Stereokamera optisch getrackten Marker in Form eines Dodekaeders (Körper mit zwölf Flächen). Abschließend wird das HaptiVisT-Gesamtsystem in drei und der 3D-Druck einer Phantomhand in zwei Expertenevaluationen ausführlich untersucht und ausgewertet. Das HaptiVisT-System versteht sich als notwendiges Komplement für den ersten und weltweit einzigen funktionsfähigen, kompakten Prototypen für virtuelle K-DrahtOsteosynthesen mit haptischen Kraftfeedback, der in Zukunft Chirurgen in Aus- und Weiterbildung an Kliniken oder Trainingszentren ein risikofreies, zeit- und ortsunabhängiges Training ermöglicht. Die Kernelemente dieser Arbeit sind: • Stereoskopische 3D-Darstellung von realen Patientendaten. • Bimanuelle Haptik aus haptischen Kraftfeedback des Bohrens verbunden mit einer optisch getrackten, haptisch korrekten und 3D-gedruckten Phantomhand. • Zuverlässige Kollisionsdetektion zwischen virtuellen Objekten als Grundlage für das Kraftfeedback und die Abtragung von Knochen. • Echtzeitfähige Bohrsimulation durch Reduzierung des Bohrprozesses auf logische Bohr-Teilprozesse kombiniert mit einer Virtual Fixtures basierten Kraftberechnung. Haptisch korrekte Phantome sind vor allem im medizinischen Training von hoher Relevanz und die Berechnung des Kraftfeedbacks beruht erstmals auf der performanten und stabilen Simulation von Bohr-Teilprozessen unter Verwendung von Virtual Fixtures. Der Prototyp wird von Experten durchgehend positiv bewertet und bietet nach deren Einschätzung einen hohen Mehrwert für das chirurgische Training. Zukünftige Arbeiten könnten den Lerneffekt durch das HaptiVisT-Trainingssystem in stichhaltigen Evaluationen mit jungen Medizinstudenten unter Vorhandensein einer Kontrollgruppe statistisch validieren. Bei Bestätigung dieses Lerneffekts ist eine Ausgründung als eigenständiges Unternehmen und Weiterentwicklung des Prototyps mit Ausweitung auf weitere chirurgische Bereiche wie Knie- oder Hüftchirurgie denkbar. Unter Zuhilfenahme von automatischer Segmentierung könnten in Zukunft akut zu behandelnde Brüche abgebildet, vorab einer tatsächlichen Operation geübt und anschließend komplikationslos unter reduzierter Operationszeit durchgeführt werden. KW - Medizinisches Trainingssystem KW - Virtual Reality KW - Minimalinvasive Handchirurgie Y1 - 2020 SN - 978-3-8440-7547-2 N1 - Titel verleihende Institution: Universität Regensburg PB - Shaker CY - Düren ER - TY - JOUR A1 - Wöhl, Rebecca A1 - Maier, Johannes A1 - Gehmert, Sebastian A1 - Palm, Christoph A1 - Riebschläger, Birgit A1 - Nerlich, Michael A1 - Huber, Michaela T1 - 3D Analysis of Osteosyntheses Material using semi-automated CT Segmentation BT - a case series of a 4 corner fusion plate JF - BMC Musculoskeletal Disorders N2 - Backround Scaphoidectomy and midcarpal fusion can be performed using traditional fixation methods like K-wires, staples, screws or different dorsal (non)locking arthrodesis systems. The aim of this study is to test the Aptus four corner locking plate and to compare the clinical findings to the data revealed by CT scans and semi-automated segmentation. Methods: This is a retrospective review of eleven patients suffering from scapholunate advanced collapse (SLAC) or scaphoid non-union advanced collapse (SNAC) wrist, who received a four corner fusion between August 2011 and July 2014. The clinical evaluation consisted of measuring the range of motion (ROM), strength and pain on a visual analogue scale (VAS). Additionally, the Disabilities of the Arm, Shoulder and Hand (QuickDASH) and the Mayo Wrist Score were assessed. A computerized tomography (CT) of the wrist was obtained six weeks postoperatively. After semi-automated segmentation of the CT scans, the models were post processed and surveyed. Results During the six-month follow-up mean range of motion (ROM) of the operated wrist was 60°, consisting of 30° extension and 30° flexion. While pain levels decreased significantly, 54% of grip strength and 89% of pinch strength were preserved compared to the contralateral healthy wrist. Union could be detected in all CT scans of the wrist. While X-ray pictures obtained postoperatively revealed no pathology, two user related technical complications were found through the 3D analysis, which correlated to the clinical outcome. Conclusion Due to semi-automated segmentation and 3D analysis it has been proved that the plate design can keep up to the manufacturers’ promises. Over all, this case series confirmed that the plate can compete with the coexisting techniques concerning clinical outcome, union and complication rate. KW - Handchirurgie KW - Osteosynthese KW - Arthrodese KW - 4FC KW - SLAC wrist KW - SNAC wrist KW - Semi-automated segmentation KW - 3D analysis KW - Computertomographie KW - Bildsegmentierung KW - Dreidimensionale Bildverarbeitung Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1186/s12891-018-1975-0 VL - 19 SP - 1 EP - 8 PB - Springer Nature ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Mendel, Robert A1 - Probst, Andreas A1 - Rauber, David A1 - Rückert, Tobias A1 - Meinikheim, Michael A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Real-time detection and delineation of tissue during third-space endoscopy using artificial intelligence (AI) T2 - Endoscopy N2 - Aims  AI has proven great potential in assisting endoscopists in diagnostics, however its role in therapeutic endoscopy remains unclear. Endoscopic submucosal dissection (ESD) is a technically demanding intervention with a slow learning curve and relevant risks like bleeding and perforation. Therefore, we aimed to develop an algorithm for the real-time detection and delineation of relevant structures during third-space endoscopy. Methods  5470 still images from 59 full length videos (47 ESD, 12 POEM) were annotated. 179681 additional unlabeled images were added to the training dataset. Consequently, a DeepLabv3+ neural network architecture was trained with the ECMT semi-supervised algorithm (under review elsewhere). Evaluation of vessel detection was performed on a dataset of 101 standardized video clips from 15 separate third-space endoscopy videos with 200 predefined blood vessels. Results  Internal validation yielded an overall mean Dice score of 85% (68% for blood vessels, 86% for submucosal layer, 88% for muscle layer). On the video test data, the overall vessel detection rate (VDR) was 94% (96% for ESD, 74% for POEM). The median overall vessel detection time (VDT) was 0.32 sec (0.3 sec for ESD, 0.62 sec for POEM). Conclusions  Evaluation of the developed algorithm on a video test dataset showed high VDR and quick VDT, especially for ESD. Further research will focus on a possible clinical benefit of the AI application for VDR and VDT during third-space endoscopy. KW - Speiseröhrenkrankheit KW - Künstliche Intelligenz KW - Artificial Intelligence Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0043-1765128 VL - 55 IS - S02 SP - S53 EP - S54 PB - Thieme ER - TY - CHAP A1 - Franz, Daniela A1 - Katzky, Uwe A1 - Neumann, Sabine 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 - CHAP A1 - Souza Jr., Luis Antonio de A1 - Hook, Christian A1 - Papa, João Paulo A1 - Palm, Christoph T1 - Barrett's Esophagus Analysis Using SURF Features T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2017; Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 12. bis 14. März 2017 in Heidelberg N2 - The development of adenocarcinoma in Barrett’s esophagus is difficult to detect by endoscopic surveillance of patients with signs of dysplasia. Computer assisted diagnosis of endoscopic images (CAD) could therefore be most helpful in the demarcation and classification of neoplastic lesions. In this study we tested the feasibility of a CAD method based on Speeded up Robust Feature Detection (SURF). A given database containing 100 images from 39 patients served as benchmark for feature based classification models. Half of the images had previously been diagnosed by five clinical experts as being ”cancerous”, the other half as ”non-cancerous”. Cancerous image regions had been visibly delineated (masked) by the clinicians. SURF features acquired from full images as well as from masked areas were utilized for the supervised training and testing of an SVM classifier. The predictive accuracy of the developed CAD system is illustrated by sensitivity and specificity values. The results based on full image matching where 0.78 (sensitivity) and 0.82 (specificity) were achieved, while the masked region approach generated results of 0.90 and 0.95, respectively. KW - Speiseröhrenkrankheit KW - Diagnose KW - Maschinelles Sehen KW - Automatische Klassifikation Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-54345-0_34 SP - 141 EP - 146 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Mendel, Robert A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Probst, Andreas A1 - Messmann, Helmut A1 - Palm, Christoph T1 - Barrett’s Esophagus Analysis Using Convolutional Neural Networks T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2017; Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 12. bis 14. März 2017 in Heidelberg N2 - We propose an automatic approach for early detection of adenocarcinoma in the esophagus. High-definition endoscopic images (50 cancer, 50 Barrett) are partitioned into a dataset containing approximately equal amounts of patches showing cancerous and non-cancerous regions. A deep convolutional neural network is adapted to the data using a transfer learning approach. The final classification of an image is determined by at least one patch, for which the probability being a cancer patch exceeds a given threshold. The model was evaluated with leave one patient out cross-validation. With sensitivity and specificity of 0.94 and 0.88, respectively, our findings improve recently published results on the same image data base considerably. Furthermore, the visualization of the class probabilities of each individual patch indicates, that our approach might be extensible to the segmentation domain. KW - Speiseröhrenkrebs KW - Diagnose KW - Maschinelles Lernen KW - Bilderkennung KW - Automatische Klassifikation Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-54345-0_23 SP - 80 EP - 85 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Maier, Johannes A1 - Haug, Sonja A1 - Huber, Michaela A1 - Katzky, Uwe A1 - Neumann, Sabine A1 - Perret, Jérôme A1 - Prinzen, Martin A1 - Weber, Karsten A1 - Wittenberg, Thomas A1 - Wöhl, Rebecca A1 - Scorna, Ulrike A1 - Palm, Christoph T1 - Development of a haptic and visual assisted training simulation concept for complex bone drilling in minimally invasive hand surgery T2 - CARS Conference, 5.10.-7.10.2017 Y1 - 2017 ER - TY - JOUR A1 - Souza Jr., Luis Antonio de A1 - Passos, Leandro A. A1 - Santana, Marcos Cleison S. A1 - Mendel, Robert A1 - Rauber, David A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Probst, Andreas A1 - Messmann, Helmut A1 - Papa, João Paulo A1 - Palm, Christoph T1 - Layer-selective deep representation to improve esophageal cancer classification JF - Medical & Biological Engineering & Computing N2 - Even though artificial intelligence and machine learning have demonstrated remarkable performances in medical image computing, their accountability and transparency level must be improved to transfer this success into clinical practice. The reliability of machine learning decisions must be explained and interpreted, especially for supporting the medical diagnosis.For this task, the deep learning techniques’ black-box nature must somehow be lightened up to clarify its promising results. Hence, we aim to investigate the impact of the ResNet-50 deep convolutional design for Barrett’s esophagus and adenocarcinoma classification. For such a task, and aiming at proposing a two-step learning technique, the output of each convolutional layer that composes the ResNet-50 architecture was trained and classified for further definition of layers that would provide more impact in the architecture. We showed that local information and high-dimensional features are essential to improve the classification for our task. Besides, we observed a significant improvement when the most discriminative layers expressed more impact in the training and classification of ResNet-50 for Barrett’s esophagus and adenocarcinoma classification, demonstrating that both human knowledge and computational processing may influence the correct learning of such a problem. KW - Multistep training KW - Barrett’s esophagus detection KW - Convolutional neural networks KW - Deep learning Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1007/s11517-024-03142-8 VL - 62 SP - 3355 EP - 3372 PB - Springer Nature CY - Heidelberg ER - TY - JOUR A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Mendel, Robert A1 - Probst, Andreas A1 - Meinikheim, Michael A1 - Byrne, Michael F. A1 - Messmann, Helmut A1 - Palm, Christoph T1 - Multimodal imaging for detection and segmentation of Barrett’s esophagus-related neoplasia using artificial intelligence JF - Endoscopy N2 - The early diagnosis of cancer in Barrett’s esophagus is crucial for improving the prognosis. However, identifying Barrett’s esophagus-related neoplasia (BERN) is challenging, even for experts [1]. Four-quadrant biopsies may improve the detection of neoplasia, but they can be associated with sampling errors. The application of artificial intelligence (AI) to the assessment of Barrett’s esophagus could improve the diagnosis of BERN, and this has been demonstrated in both preclinical and clinical studies [2] [3]. In this video demonstration, we show the accurate detection and delineation of BERN in two patients ([Video 1]). In part 1, the AI system detects a mucosal cancer about 20 mm in size and accurately delineates the lesion in both white-light and narrow-band imaging. In part 2, a small island of BERN with high-grade dysplasia is detected and delineated in white-light, narrow-band, and texture and color enhancement imaging. The video shows the results using a transparent overlay of the mucosal cancer in real time as well as a full segmentation preview. Additionally, the optical flow allows for the assessment of endoscope movement, something which is inversely related to the reliability of the AI prediction. We demonstrate that multimodal imaging can be applied to the AI-assisted detection and segmentation of even small focal lesions in real time. KW - Video KW - Artificial Intelligence KW - Multimodal Imaging Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1055/a-1704-7885 VL - 54 IS - 10 PB - Georg Thieme Verlag CY - Stuttgart ET - E-Video ER - TY - JOUR A1 - Kolev, Kalin A1 - Kirchgeßner, Norbert A1 - Houben, Sebastian A1 - Csiszár, Agnes A1 - Rubner, Wolfgang A1 - Palm, Christoph A1 - Eiben, Björn A1 - Merkel, Rudolf A1 - Cremers, Daniel T1 - A variational approach to vesicle membrane reconstruction from fluorescence imaging JF - Pattern Recognition N2 - Biological applications like vesicle membrane analysis involve the precise segmentation of 3D structures in noisy volumetric data, obtained by techniques like magnetic resonance imaging (MRI) or laser scanning microscopy (LSM). Dealing with such data is a challenging task and requires robust and accurate segmentation methods. In this article, we propose a novel energy model for 3D segmentation fusing various cues like regional intensity subdivision, edge alignment and orientation information. The uniqueness of the approach consists in the definition of a new anisotropic regularizer, which accounts for the unbalanced slicing of the measured volume data, and the generalization of an efficient numerical scheme for solving the arising minimization problem, based on linearization and fixed-point iteration. We show how the proposed energy model can be optimized globally by making use of recent continuous convex relaxation techniques. The accuracy and robustness of the presented approach are demonstrated by evaluating it on multiple real data sets and comparing it to alternative segmentation methods based on level sets. Although the proposed model is designed with focus on the particular application at hand, it is general enough to be applied to a variety of different segmentation tasks. KW - 3D segmentation KW - Convex optimization KW - Vesicle membrane analysis KW - Fluorescence imaging KW - Dreidimensionale Bildverarbeitung KW - Bildsegmentierung KW - Konvexe Optimierung Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1016/j.patcog.2011.04.019 VL - 44 IS - 12 SP - 2944 EP - 2958 PB - Elsevier ER - TY - CHAP A1 - Metzler, V. A1 - Aach, T. A1 - Palm, Christoph A1 - Lehmann, Thomas M. T1 - Texture Classification of Graylevel Images by Multiscale Cross-Co-Occurrence Matrices T2 - Proceedings 15th International Conference on Pattern Recognition (ICPR-2000) N2 - Local gray level dependencies of natural images can be modelled by means of co-occurrence matrices containing joint probabilities of gray-level pairs. Texture, however, is a resolution-dependent phenomenon and hence, classification depends on the chosen scale. Since there is no optimal scale for all textures we employ a multiscale approach that acquires textural features at several scales. Thus linear and nonlinear scale-spaces are analyzed by multiscale co-occurrence matrices that describe the statistical behavior of a texture in scale-space. Classification is then performed on the basis of texture features taken from the individual scale with the highest discriminatory power. By considering cross-scale occurrences of gray level pairs, the impact of filters on the feature is described and used for classification of natural textures. This novel method was found to improve classification rates of the common co-occurrence matrix approach on standard textures significantly. Y1 - 2000 U6 - https://doi.org/10.1109/ICPR.2000.906133 SP - 549 EP - 552 ER - TY - GEN ED - Handels, Heinz ED - Deserno, Thomas M. ED - Maier, Andreas ED - Maier-Hein, Klaus H. ED - Palm, Christoph ED - Tolxdorff, Thomas T1 - Bildverarbeitung für die Medizin 2019 BT - Algorithmen – Systeme – Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 17. bis 19. März 2019 in Lübeck N2 - In den letzten Jahren hat sich der Workshop "Bildverarbeitung für die Medizin" durch erfolgreiche Veranstaltungen etabliert. Ziel ist auch 2019 wieder die Darstellung aktueller Forschungsergebnisse und die Vertiefung der Gespräche zwischen Wissenschaftlern, Industrie und Anwendern. Die Beiträge dieses Bandes - einige davon in englischer Sprache - umfassen alle Bereiche der medizinischen Bildverarbeitung, insbesondere Bildgebung und -akquisition, Maschinelles Lernen, Bildsegmentierung und Bildanalyse, Visualisierung und Animation, Zeitreihenanalyse, Computerunterstützte Diagnose, Biomechanische Modellierung, Validierung und Qualitätssicherung, Bildverarbeitung in der Telemedizin u.v.m. KW - Bildgebendes Verfahren KW - Computerunterstützte Medizin KW - Bildanalyse KW - Bilderkennung KW - Computerunterstützte Medizin KW - Computerunterstützte Diagnose KW - Medizininformatik Y1 - 2019 SN - 978-3-658-25325-7 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-25326-4 SN - 1431-472X PB - Springer CY - Berlin ER - TY - GEN ED - Tolxdorff, Thomas ED - Deserno, Thomas M. ED - Handels, Heinz ED - Maier, Andreas ED - Maier-Hein, Klaus H. ED - Palm, Christoph T1 - Bildverarbeitung für die Medizin 2020 BT - Algorithmen – Systeme – Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 15. bis 17. März 2020 in Berlin N2 - In den letzten Jahren hat sich der Workshop "Bildverarbeitung für die Medizin" durch erfolgreiche Veranstaltungen etabliert. Ziel ist auch 2020 wieder die Darstellung aktueller Forschungsergebnisse und die Vertiefung der Gespräche zwischen Wissenschaftlern, Industrie und Anwendern. Die Beiträge dieses Bandes - einige davon in englischer Sprache - umfassen alle Bereiche der medizinischen Bildverarbeitung, insbesondere Bildgebung und -akquisition, Maschinelles Lernen, Bildsegmentierung und Bildanalyse, Visualisierung und Animation, Zeitreihenanalyse, Computerunterstützte Diagnose, Biomechanische Modellierung, Validierung und Qualitätssicherung, Bildverarbeitung in der Telemedizin u.v.m. KW - Bildanalyse KW - Bildverarbeitung KW - Computerunterstützte Medizin KW - Deep Learning KW - Visualisierung Y1 - 2020 SN - 978-3-658-29266-9 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-29267-6 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - GEN A1 - Meinikheim, Michael A1 - Mendel, Robert A1 - Probst, Andreas A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Messmann, Helmut A1 - Palm, Christoph A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Optical Flow als Methode zur Qualitätssicherung KI-unterstützter Untersuchungen von Barrett-Ösophagus und Barrett-Ösophagus assoziierten Neoplasien T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung  Übermäßige Bewegung im Bild kann die Performance von auf künstlicher Intelligenz (KI) basierenden klinischen Entscheidungsunterstützungssystemen (CDSS) reduzieren. Optical Flow (OF) ist eine Methode zur Lokalisierung und Quantifizierung von Bewegungen zwischen aufeinanderfolgenden Bildern. Ziel  Ziel ist es, die Mensch-Computer-Interaktion (HCI) zu verbessern und Endoskopiker die unser KI-System „Barrett-Ampel“ zur Unterstützung bei der Beurteilung von Barrett-Ösophagus (BE) verwenden, ein Echtzeit-Feedback zur aktuellen Datenqualität anzubieten. Methodik  Dazu wurden unveränderte Videos in „Weißlicht“ (WL), „Narrow Band Imaging“ (NBI) und „Texture and Color Enhancement Imaging“ (TXI) von acht endoskopischen Untersuchungen von histologisch gesichertem BE und mit Barrett-Ösophagus assoziierten Neoplasien (BERN) durch unseren KI-Algorithmus analysiert. Der zur Bewertung der Bildqualität verwendete OF beinhaltete die mittlere Magnitude und die Entropie des Histogramms der Winkel. Frames wurden automatisch extrahiert, wenn die vordefinierten Schwellenwerte von 3,0 für die mittlere Magnitude und 9,0 für die Entropie des Histogramms der Winkel überschritten wurden. Experten sahen sich zunächst die Videos ohne KI-Unterstützung an und bewerteten, ob Störfaktoren die Sicherheit mit der eine Diagnose im vorliegenden Fall gestellt werden kann negativ beeinflussen. Anschließend überprüften sie die extrahierten Frames. Ergebnis  Gleichmäßige Bewegung in eine Richtung, wie etwa beim Vorschieben des Endoskops, spiegelte sich, bei insignifikant veränderter Entropie, in einer Erhöhung der Magnitude wider. Chaotische Bewegung, zum Beispiel während dem Spülen, war mit erhöhter Entropie assoziiert. Insgesamt war eine unruhige endoskopische Darstellung, Flüssigkeit sowie übermäßige Ösophagusmotilität mit erhöhtem OF assoziiert und korrelierte mit der Meinung der Experten über die Qualität der Videos. Der OF und die subjektive Wahrnehmung der Experten über die Verwertbarkeit der vorliegenden Bildsequenzen korrelierten direkt proportional. Wenn die vordefinierten Schwellenwerte des OF überschritten wurden, war die damit verbundene Bildqualität in 94% der Fälle für eine definitive Interpretation auch für Experten unzureichend. Schlussfolgerung  OF hat das Potenzial Endoskopiker ein Echtzeit-Feedback über die Qualität des Dateninputs zu bieten und so nicht nur die HCI zu verbessern, sondern auch die optimale Performance von KI-Algorithmen zu ermöglichen. KW - Optical Flow Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0042-1754997 VL - 60 IS - 08 PB - Georg Thieme Verlag CY - Stuttgart ER - TY - GEN A1 - Meinikheim, Michael A1 - Mendel, Robert A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Probst, Andreas A1 - Prinz, Friederike A1 - Schwamberger, Tanja A1 - Schlottmann, Jakob A1 - Gölder, Stefan Karl A1 - Walter, Benjamin A1 - Steinbrück, Ingo A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) als Entscheidungsunterstützungssystem für nicht-Experten bei der Beurteilung von Barrett-Ösophagus assoziierten Neoplasien (BERN) T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung Die sichere Detektion und Charakterisierung von Barrett-Ösophagus assoziierten Neoplasien (BERN) stellt selbst für erfahrene Endoskopiker eine Herausforderung dar. Ziel Ziel dieser Studie ist es, den Add-on Effekt eines künstlichen Intelligenz (KI) Systems (Barrett-Ampel) als Entscheidungsunterstüzungssystem für Endoskopiker ohne Expertise bei der Untersuchung von BERN zu evaluieren. Material und Methodik Zwölf Videos in „Weißlicht“ (WL), „narrow-band imaging“ (NBI) und „texture and color enhanced imaging“ (TXI) von histologisch bestätigten Barrett-Metaplasien oder BERN wurden von Experten und Untersuchern ohne Barrett-Expertise evaluiert. Die Probanden wurden dazu aufgefordert in den Videos auftauchende BERN zu identifizieren und gegebenenfalls die optimale Biopsiestelle zu markieren. Unser KI-System wurde demselben Test unterzogen, wobei dieses BERN in Echtzeit segmentierte und farblich von umliegendem Epithel differenzierte. Anschließend wurden den Probanden die Videos mit zusätzlicher KI-Unterstützung gezeigt. Basierend auf dieser neuen Information, wurden die Probanden zu einer Reevaluation ihrer initialen Beurteilung aufgefordert. Ergebnisse Die „Barrett-Ampel“ identifizierte unabhängig von den verwendeten Darstellungsmodi (WL, NBI, TXI) alle BERN. Zwei entzündlich veränderte Läsionen wurden fehlinterpretiert (Genauigkeit=75%). Während Experten vergleichbare Ergebnisse erzielten (Genauigkeit=70,8%), hatten Endoskopiker ohne Expertise bei der Beurteilung von Barrett-Metaplasien eine Genauigkeit von lediglich 58,3%. Wurden die nicht-Experten allerdings von unserem KI-System unterstützt, erreichten diese eine Genauigkeit von 75%. Zusammenfassung Unser KI-System hat das Potential als Entscheidungsunterstützungssystem bei der Differenzierung zwischen Barrett-Metaplasie und BERN zu fungieren und so Endoskopiker ohne entsprechende Expertise zu assistieren. Eine Limitation dieser Studie ist die niedrige Anzahl an eingeschlossenen Videos. Um die Ergebnisse dieser Studie zu bestätigen, müssen randomisierte kontrollierte klinische Studien durchgeführt werden. KW - Barrett-Ösophagus KW - Künstliche Intelligenz Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0042-1745653 VL - 60 IS - 4 SP - 251 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - GEN A1 - Meinikheim, Michael A1 - Mendel, Robert A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Probst, Andreas A1 - Prinz, Friederike A1 - Schwamberger, Tanja A1 - Schlottmann, Jakob A1 - Gölder, Stefan Karl A1 - Walter, Benjamin A1 - Steinbrück, Ingo A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - INFLUENCE OF AN ARTIFICIAL INTELLIGENCE (AI) BASED DECISION SUPPORT SYSTEM (DSS) ON THE DIAGNOSTIC PERFORMANCE OF NON-EXPERTS IN BARRETT´S ESOPHAGUS RELATED NEOPLASIA (BERN) T2 - Endoscopy N2 - Aims Barrett´s esophagus related neoplasia (BERN) is difficult to detect and characterize during endoscopy, even for expert endoscopists. We aimed to assess the add-on effect of an Artificial Intelligence (AI) algorithm (Barrett-Ampel) as a decision support system (DSS) for non-expert endoscopists in the evaluation of Barrett’s esophagus (BE) and BERN. Methods Twelve videos with multimodal imaging white light (WL), narrow-band imaging (NBI), texture and color enhanced imaging (TXI) of histologically confirmed BE and BERN were assessed by expert and non-expert endoscopists. For each video, endoscopists were asked to identify the area of BERN and decide on the biopsy spot. Videos were assessed by the AI algorithm and regions of BERN were highlighted in real-time by a transparent overlay. Finally, endoscopists were shown the AI videos and asked to either confirm or change their initial decision based on the AI support. Results Barrett-Ampel correctly identified all areas of BERN, irrespective of the imaging modality (WL, NBI, TXI), but misinterpreted two inflammatory lesions (Accuracy=75%). Expert endoscopists had a similar performance (Accuracy=70,8%), while non-experts had an accuracy of 58.3%. When AI was implemented as a DSS, non-expert endoscopists improved their diagnostic accuracy to 75%. Conclusions AI may have the potential to support non-expert endoscopists in the assessment of videos of BE and BERN. Limitations of this study include the low number of videos used. Randomized clinical trials in a real-life setting should be performed to confirm these results. KW - Artificial Intelligence KW - Barrett's Esophagus KW - Speiseröhrenkrankheit KW - Künstliche Intelligenz KW - Diagnose Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1055/s-00000012 VL - 54 IS - S 01 SP - S39 PB - Thieme ER - TY - JOUR A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Mendel, Robert A1 - Probst, Andreas A1 - Meinikheim, Michael A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - ARTIFICIAL INTELLIGENCE (AI) – ASSISTED VESSEL AND TISSUE RECOGNITION IN THIRD-SPACE ENDOSCOPY JF - Endoscopy N2 - Aims Third-space endoscopy procedures such as endoscopic submucosal dissection (ESD) and peroral endoscopic myotomy (POEM) are complex interventions with elevated risk of operator-dependent adverse events, such as intra-procedural bleeding and perforation. We aimed to design an artificial intelligence clinical decision support solution (AI-CDSS, “Smart ESD”) for the detection and delineation of vessels, tissue structures, and instruments during third-space endoscopy procedures. Methods Twelve full-length third-space endoscopy videos were extracted from the Augsburg University Hospital database. 1686 frames were annotated for the following categories: Submucosal layer, blood vessels, electrosurgical knife and endoscopic instrument. A DeepLabv3+neural network with a 101-layer ResNet backbone was trained and validated internally. Finally, the ability of the AI system to detect visible vessels during ESD and POEM was determined on 24 separate video clips of 7 to 46 seconds duration and showing 33 predefined vessels. These video clips were also assessed by an expert in third-space endoscopy. Results Smart ESD showed a vessel detection rate (VDR) of 93.94%, while an average of 1.87 false positive signals were recorded per minute. VDR of the expert endoscopist was 90.1% with no false positive findings. On the internal validation data set using still images, the AI system demonstrated an Intersection over Union (IoU), mean Dice score and pixel accuracy of 63.47%, 76.18% and 86.61%, respectively. Conclusions This is the first AI-CDSS aiming to mitigate operator-dependent limitations during third-space endoscopy. Further clinical trials are underway to better understand the role of AI in such procedures. KW - Artificial Intelligence KW - Third-Space Endoscopy KW - Smart ESD Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0042-1745037 VL - 54 IS - S01 SP - S175 PB - Thieme ER - TY - CHAP A1 - Weber Nunes, Danilo A1 - Rauber, David A1 - Palm, Christoph ED - Palm, Christoph ED - Breininger, Katharina ED - Deserno, Thomas M. ED - Handels, Heinz ED - Maier, Andreas ED - Maier-Hein, Klaus H. ED - Tolxdorff, Thomas T1 - Self-supervised 3D Vision Transformer Pre-training for Robust Brain Tumor Classification T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2025: Proceedings, German Conference on Medical Image Computing, Regensburg March 09-11, 2025 N2 - Brain tumors pose significant challenges in neurology, making precise classification crucial for prognosis and treatment planning. This work investigates the effectiveness of a self-supervised learning approach–masked autoencoding (MAE)–to pre-train a vision transformer (ViT) model for brain tumor classification. Our method uses non-domain specific data, leveraging the ADNI and OASIS-3 MRI datasets, which primarily focus on degenerative diseases, for pretraining. The model is subsequently fine-tuned and evaluated on the BraTS glioma and meningioma datasets, representing a novel use of these datasets for tumor classification. The pre-trained MAE ViT model achieves an average F1 score of 0.91 in a 5-fold cross-validation setting, outperforming the nnU-Net encoder trained from scratch, particularly under limited data conditions. These findings highlight the potential of self-supervised MAE in enhancing brain tumor classification accuracy, even with restricted labeled data. Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-47422-5_69 SP - 298 EP - 303 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Weiherer, Maximilian A1 - von Riedheim, Antonia A1 - Brébant, Vanessa A1 - Egger, Bernhard A1 - Palm, Christoph ED - Palm, Christoph ED - Breininger, Katharina ED - Deserno, Thomas M. ED - Handels, Heinz ED - Maier, Andreas ED - Maier-Hein, Klaus H. ED - Tolxdorff, Thomas T1 - iRBSM: A Deep Implicit 3D Breast Shape Model T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2025: Proceedings, German Conference on Medical Image Computing, Regensburg March 09-11, 2025 N2 - We present the first deep implicit 3D shape model of the female breast, building upon and improving the recently proposed Regensburg Breast Shape Model (RBSM). Compared to its PCA-based predecessor, our model employs implicit neural representations; hence, it can be trained on raw 3D breast scans and eliminates the need for computationally demanding non-rigid registration, a task that is particularly difficult for feature-less breast shapes. The resulting model, dubbed iRBSM, captures detailed surface geometry including fine structures such as nipples and belly buttons, is highly expressive, and outperforms the RBSM on different surface reconstruction tasks. Finally, leveraging the iRBSM, we present a prototype application to 3D reconstruct breast shapes from just a single image. Model and code publicly available at https://rbsm.re-mic.de/implicit. Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-47422-5_11 SP - 38 EP - 43 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - GEN ED - Deserno, Thomas M. ED - Handels, Heinz ED - Maier, Andreas ED - Maier-Hein, Klaus H. ED - Palm, Christoph ED - Tolxdorff, Thomas T1 - Bildverarbeitung für die Medizin 2023 BT - Proceedings, German Workshop on Medical Image Computing, Braunschweig, July 2-4, 2023 N2 - Seit mehr als 25 Jahren ist der Workshop "Bildverarbeitung für die Medizin" als erfolgreiche Veranstaltung etabliert. Ziel ist auch 2023 wieder die Darstellung aktueller Forschungsergebnisse und die Vertiefung der Gespräche zwischen Wissenschaftlern, Industrie und Anwendern. Die Beiträge dieses Bandes - viele davon in englischer Sprache - umfassen alle Bereiche der medizinischen Bildverarbeitung, insbesondere die Bildgebung und -akquisition, Segmentierung und Analyse, Visualisierung und Animation, computerunterstützte Diagnose sowie bildgestützte Therapieplanung und Therapie. Hierbei kommen Methoden des maschinelles Lernens, der biomechanischen Modellierung sowie der Validierung und Qualitätssicherung zum Einsatz. KW - Machine Learning KW - Medical Image Computing KW - Bildverarbeitung KW - Computerunterstützte Medizin KW - Bildgebendes Verfahren KW - Bildanalyse KW - Visualisierung KW - Deep Learning Y1 - 2023 SN - 978-3-658-41656-0 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-41657-7 SN - 1431-472X PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Gutbrod, Max A1 - Geisler, Benedikt A1 - Rauber, David A1 - Palm, Christoph ED - Maier, Andreas ED - Deserno, Thomas M. ED - Handels, Heinz ED - Maier-Hein, Klaus H. ED - Palm, Christoph ED - Tolxdorff, Thomas T1 - Data Augmentation for Images of Chronic Foot Wounds T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2024: Proceedings, German Workshop on Medical Image Computing, March 10-12, 2024, Erlangen N2 - Training data for Neural Networks is often scarce in the medical domain, which often results in models that struggle to generalize and consequently showpoor performance on unseen datasets. Generally, adding augmentation methods to the training pipeline considerably enhances a model’s performance. Using the dataset of the Foot Ulcer Segmentation Challenge, we analyze two additional augmentation methods in the domain of chronic foot wounds - local warping of wound edges along with projection and blurring of shapes inside wounds. Our experiments show that improvements in the Dice similarity coefficient and Normalized Surface Distance metrics depend on a sensible selection of those augmentation methods. Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-44037-4_71 SP - 261 EP - 266 PB - Springer CY - Wiesbaden ER - TY - GEN A1 - Schroeder, Josef A. A1 - Semmelmann, Matthias A1 - Siegmund, Heiko A1 - Grafe, Claudia A1 - Evert, Matthias A1 - Palm, Christoph T1 - Improved interactive computer-assisted approach for evaluation of ultrastructural cilia abnormalities T2 - Ultrastructural Pathology KW - Zilie KW - Ultrastruktur KW - Anomalie KW - Bildverarbeitung KW - Computerunterstütztes Verfahren Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1080/01913123.2016.1270978 VL - 41 IS - 1 SP - 112 EP - 113 ER - TY - GEN ED - Maier, Andreas ED - Deserno, Thomas M. ED - Handels, Heinz ED - Maier-Hein, Klaus H. ED - Palm, Christoph ED - Tolxdorff, Thomas T1 - Bildverarbeitung für die Medizin 2018 BT - Algorithmen - Systeme - Anwendungen. Proceedings des Workshops vom 11. bis 13. März 2018 in Erlangen KW - Bildanalyse KW - Bildverarbeitung KW - Computerunterstützte Medizin KW - Bildgebendes Verfahren Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-56537-7 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - GEN ED - Palm, Christoph ED - Breininger, Katharina ED - Deserno, Thomas M. ED - Handels, Heinz ED - Maier, Andreas ED - Maier-Hein, Klaus H. ED - Tolxdorff, Thomas M. T1 - Bildverarbeitung für die Medizin 2025 BT - Proceedings, German Conference on Medical Image Computing, Regensburg March 09-11, 2025 N2 - Die Konferenz "BVM - Bildverarbeitung für die Medizin" ist seit vielen Jahren als die nationale Plattform für den Austausch von Ideen und die Diskussion der neuesten Forschungsergebnisse im Bereich der Medizinischen Bildverarbeitung und der Künstlichen Intelligenz (KI) etabliert. Auch 2025 werden wir aktuelle Forschungsergebnisse vorstellen und Gespräche zwischen (jungen) Wissenschaftler*innen, Industrie und Anwender*innen vertiefen. Die Beiträge dieses Bandes – die meisten davon in englischer Sprache - umfassen alle Bereiche der medizinischen Bildverarbeitung, insbesondere die Bildgebung und -akquisition, Segmentierung und Analyse, Registrierung, Visualisierung und Animation, computerunterstützte Diagnose sowie bildgestützte Therapieplanung und Therapie. Hierbei kommen Methoden des maschinellen Lernens, der biomechanischen Modellierung sowie der Validierung und Qualitätssicherung zum Einsatz. Das Kapitel "Leveraging multiple total body segmentators and anatomy-informed post-processing for segmenting bones in Lung CTs" ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License über link.springer.com frei verfügbar (Open Access). Die Herausgebenden Prof. Palm forscht im Bereich KI für die Medizin mit einem Schwerpunkt in der Analyse endoskopischer Bilddaten zur computerunterstützten Diagnose und Therapie. Prof. Breininger entwickelt robuste Ansätze des maschinellen Lernens in verschiedenen interdisziplinären Bereichen, mit einem Schwerpunkt auf medizinischen Bilddaten. Prof. Deserno forscht in Biosignal- und Bilderzeugung und -verarbeitung, insbesondere in der videobasierten Vitaldatenmessung. Prof. Handels entwickelt problemoptimierte, lernfähige Bildverarbeitungsmethoden und integriert diese in hybride Bildverarbeitungssysteme zur Unterstützung der medizinischen Diagnostik und Therapie. Prof. Maier entwickelt Anwendungen in der medizinischen Bildverarbeitung zur Diagnoseunterstützung bis hin zur Schichtbildberechnung durch künstliche Intelligenz. Prof. Maier-Hein forscht im Bereich maschinelles Lernen und entwickelt Open-Source-Lösungen wie das Medical Imaging Interaction Toolkit (MITK), Kaapana oder das nnU-Net. Prof. em. Tolxdorff ist Experte für maschinelles Lernen, biomedizinisches Datenmanagement, Datenvisualisierung und -analyse sowie Medizinproduktentwicklung in klinischen Workflows. KW - Bildverarbeitung KW - Computerunterstützte Medizin KW - Bildgebendes Verfahren KW - Bildanalyse KW - Deep Learning Y1 - 2025 SN - 978-3-658-47421-8 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-47422-5 SN - 1431-472X PB - Springer Fachmedien Wiesbaden CY - Wiesbaden ER - TY - JOUR A1 - Hartwig, Regine A1 - Berlet, Maximilian A1 - Czempiel, Tobias A1 - Fuchtmann, Jonas A1 - Rückert, Tobias A1 - Feussner, Hubertus A1 - Wilhelm, Dirk T1 - Bildbasierte Unterstützungsmethoden für die zukünftige Anwendung in der Chirurgie JF - Die Chirurgie N2 - Hintergrund: Die Entwicklung assistiver Technologien wird in den kommenden Jahren nicht nur in der Chirurgie von zunehmender Bedeutung sein. Die Wahrnehmung der Istsituation stellt hierbei die Grundlage jeder autonomen Handlung dar. Hierfür können unterschiedliche Sensorsysteme genutzt werden, wobei videobasierte Systeme ein besonderes Potenzial aufweisen. Methode: Anhand von Literaturangaben und auf Basis eigener Forschungsarbeiten werden zentrale Aspekte bildbasierter Unterstützungssysteme für die Chirurgie dargestellt. Hierbei wird deren Potenzial, aber auch die Limitationen der Methoden erläutert. Ergebnisse: Eine etablierte Anwendung stellt die Phasendetektion chirurgischer Eingriffe dar, für die Operationsvideos mittels neuronaler Netzwerke analysiert werden. Durch eine zeitlich gestützte und transformative Analyse konnten die Ergebnisse der Prädiktion jüngst deutlich verbessert werden. Aber auch robotische Kameraführungssysteme nutzen Bilddaten, um das Laparoskop zukünftig autonom zu navigieren. Um die Zuverlässigkeit an die hohen Anforderungen in der Chirurgie anzugleichen, müssen diese jedoch durch zusätzliche Informationen ergänzt werden. Ein vergleichbarer multimodaler Ansatz wurde bereits für die Navigation und Lokalisation bei laparoskopischen Eingriffen umgesetzt. Hierzu werden Videodaten mittels verschiedener Methoden analysiert und diese Ergebnisse mit anderen Sensormodalitäten fusioniert. Diskussion: Bildbasierte Unterstützungsmethoden sind bereits für diverse Aufgaben verfügbar und stellen einen wichtigen Aspekt für die Chirurgie der Zukunft dar. Um hier jedoch zuverlässig und für autonome Funktionen eingesetzt werden zu können, müssen sie zukünftig in multimodale Ansätze eingebettet werden, um die erforderliche Sicherheit bieten zu können. T2 - Image-based supportive measures for future application in surgery KW - Künstliche Intelligenz KW - Robotik KW - Kognitiver Operationsaal KW - Autonomie KW - Digitalisierung Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1007/s00104-022-01668-x VL - 93 SP - 956 EP - 965 PB - Springer ER -