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 -