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 - TY - CHAP A1 - Rückert, Tobias A1 - Rieder, Maximilian A1 - Feussner, Hubertus A1 - Wilhelm, Dirk A1 - Rückert, Daniel 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 - Smoke Classification in Laparoscopic Cholecystectomy Videos Incorporating Spatio-temporal Information T2 - Bildverarbeitung für die Medizin 2024: Proceedings, German Workshop on Medical Image Computing, March 10-12, 2024, Erlangen N2 - Heavy smoke development represents an important challenge for operating physicians during laparoscopic procedures and can potentially affect the success of an intervention due to reduced visibility and orientation. Reliable and accurate recognition of smoke is therefore a prerequisite for the use of downstream systems such as automated smoke evacuation systems. Current approaches distinguish between non-smoked and smoked frames but often ignore the temporal context inherent in endoscopic video data. In this work, we therefore present a method that utilizes the pixel-wise displacement from randomly sampled images to the preceding frames determined using the optical flow algorithm by providing the transformed magnitude of the displacement as an additional input to the network. Further, we incorporate the temporal context at evaluation time by applying an exponential moving average on the estimated class probabilities of the model output to obtain more stable and robust results over time. We evaluate our method on two convolutional-based and one state-of-the-art transformer architecture and show improvements in the classification results over a baseline approach, regardless of the network used. Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-44037-4_78 SP - 298 EP - 303 PB - Springeer CY - Wiesbaden ER - TY - INPR A1 - Mendel, Robert A1 - Rückert, Tobias A1 - Wilhelm, Dirk A1 - Rückert, Daniel A1 - Palm, Christoph T1 - Motion-Corrected Moving Average: Including Post-Hoc Temporal Information for Improved Video Segmentation N2 - Real-time computational speed and a high degree of precision are requirements for computer-assisted interventions. Applying a segmentation network to a medical video processing task can introduce significant inter-frame prediction noise. Existing approaches can reduce inconsistencies by including temporal information but often impose requirements on the architecture or dataset. This paper proposes a method to include temporal information in any segmentation model and, thus, a technique to improve video segmentation performance without alterations during training or additional labeling. With Motion-Corrected Moving Average, we refine the exponential moving average between the current and previous predictions. Using optical flow to estimate the movement between consecutive frames, we can shift the prior term in the moving-average calculation to align with the geometry of the current frame. The optical flow calculation does not require the output of the model and can therefore be performed in parallel, leading to no significant runtime penalty for our approach. We evaluate our approach on two publicly available segmentation datasets and two proprietary endoscopic datasets and show improvements over a baseline approach. KW - Deep Learning KW - Video KW - Segmentation Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.48550/arXiv.2403.03120 ER - TY - GEN 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 during third space endoscopy (Smart ESD) T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Clinical setting  Third space procedures such as endoscopic submucosal dissection (ESD) and peroral endoscopic myotomy (POEM) are complex minimally invasive techniques with an elevated risk for operator-dependent adverse events such as bleeding and perforation. This risk arises from accidental dissection into the muscle layer or through submucosal blood vessels as the submucosal cutting plane within the expanding resection site is not always apparent. Deep learning algorithms have shown considerable potential for the detection and characterization of gastrointestinal lesions. So-called AI – clinical decision support solutions (AI-CDSS) are commercially available for polyp detection during colonoscopy. Until now, these computer programs have concentrated on diagnostics whereas an AI-CDSS for interventional endoscopy has not yet been introduced. We aimed to develop an AI-CDSS („Smart ESD“) for real-time intra-procedural detection and delineation of blood vessels, tissue structures and endoscopic instruments during third-space endoscopic procedures. Characteristics of Smart ESD  An AI-CDSS was invented that delineates blood vessels, tissue structures and endoscopic instruments during third-space endoscopy in real-time. The output can be displayed by an overlay over the endoscopic image with different modes of visualization, such as a color-coded semitransparent area overlay, or border tracing (demonstration video). Hereby the optimal layer for dissection can be visualized, which is close above or directly at the muscle layer, depending on the applied technique (ESD or POEM). Furthermore, relevant blood vessels (thickness> 1mm) are delineated. Spatial proximity between the electrosurgical knife and a blood vessel triggers a warning signal. By this guidance system, inadvertent dissection through blood vessels could be averted. Technical specifications  A DeepLabv3+ neural network architecture with KSAC and a 101-layer ResNeSt backbone was used for the development of Smart ESD. It was trained and validated with 2565 annotated still images from 27 full length third-space endoscopic videos. The annotation classes were blood vessel, submucosal layer, muscle layer, electrosurgical knife and endoscopic instrument shaft. A test on a separate data set yielded an intersection over union (IoU) of 68%, a Dice Score of 80% and a pixel accuracy of 87%, demonstrating a high overlap between expert and AI segmentation. Further experiments on standardized video clips showed a mean vessel detection rate (VDR) of 85% with values of 92%, 70% and 95% for POEM, rectal ESD and esophageal ESD respectively. False positive measurements occurred 0.75 times per minute. 7 out of 9 vessels which caused intraprocedural bleeding were caught by the algorithm, as well as both vessels which required hemostasis via hemostatic forceps. Future perspectives  Smart ESD performed well for vessel and tissue detection and delineation on still images, as well as on video clips. During a live demonstration in the endoscopy suite, clinical applicability of the innovation was examined. The lag time for processing of the live endoscopic image was too short to be visually detectable for the interventionist. Even though the algorithm could not be applied during actual dissection by the interventionist, Smart ESD appeared readily deployable during visual assessment by ESD experts. Therefore, we plan to conduct a clinical trial in order to obtain CE-certification of the algorithm. This new technology may improve procedural safety and speed, as well as training of modern minimally invasive endoscopic resection techniques. KW - Artificial Intelligence KW - Medical Image Computing KW - Endoscopy KW - Bildgebendes Verfahren KW - Medizin KW - Künstliche Intelligenz KW - Endoskopie Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0042-1755110 VL - 60 IS - 08 PB - Georg Thieme Verlag CY - Stuttgart 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 - Barrett-Ampel T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Hintergrund  Adenokarzinome des Ösophagus sind bis heute mit einer infausten Prognose vergesellschaftet (1). Obwohl Endoskopiker mit Barrett-Ösophagus als Präkanzerose konfrontiert werden, ist vor allem für nicht-Experten die Differenzierung zwischen Barrett-Ösophagus ohne Dysplasie und assoziierten Neoplasien mitunter schwierig. Existierende Biopsieprotokolle (z.B. Seattle Protokoll) sind oftmals unzuverlässig (2). Eine frühzeitige Diagnose des Adenokarzinoms ist allerdings von fundamentaler Bedeutung für die Prognose des Patienten. Forschungsansatz  Auf der Grundlage dieser Problematik, entwickelten wir in Kooperation mit dem Forschungslabor „Regensburg Medical Image Computing (ReMIC)“ der OTH Regensburg ein auf künstlicher Intelligenz (KI) basiertes Entscheidungsunterstützungssystem (CDSS). Das auf einer DeepLabv3+ neuronalen Netzwerkarchitektur basierende CDSS differenziert mittels Mustererkennung Barrett- Ösophagus ohne Dysplasie von Barrett-Ösophagus mit Dysplasie bzw. Neoplasie („Klassifizierung“). Hierbei werden gemittelte Ausgabewahrscheinlichkeiten mit einem vom Benutzer definierten Schwellenwert verglichen. Für Vorhersagen, die den Schwellenwert überschreiten, berechnen wir die Kontur der Region und die Fläche. Sobald die vorhergesagte Läsion eine bestimmte Größe in der Eingabe überschreitet, heben wir sie und ihren Umriss hervor. So ermöglicht eine farbkodierte Visualisierung eine Abgrenzung zwischen Dysplasie bzw. Neoplasie und normalem Barrett-Epithel („Segmentierung“). In einer Studie an Bildern in „Weißlicht“ (WL) und „Narrow Band Imaging“ (NBI) demonstrierten wir eine Sensitivität von mehr als 90% und eine Spezifität von mehr als 80% (3). In einem nächsten Schritt, differenzierte unser KI-Algorithmus Barrett- Metaplasien von assoziierten Neoplasien anhand von zufällig abgegriffenen Bildern in Echtzeit mit einer Accuracy von 89.9% (4). Darauf folgend, entwickelten wir unser System dahingehend weiter, dass unser Algorithmus nun auch dazu in der Lage ist, Untersuchungsvideos in WL, NBI und „Texture and Color Enhancement Imaging“ (TXI) in Echtzeit zu analysieren (5). Aktuell führen wir eine Studie in einem randomisiert-kontrollierten Ansatz an unveränderten Untersuchungsvideos in WL, NBI und TXI durch. Ausblick  Um Patienten mit aus Barrett-Metaplasien resultierenden Neoplasien frühestmöglich an „High-Volume“-Zentren überweisen zu können, soll unser KI-Algorithmus zukünftig vor allem Endoskopiker ohne extensive Erfahrung bei der Beurteilung von Barrett- Ösophagus in der Krebsfrüherkennung unterstützen. KW - Barrett-Ösophagus KW - Adenokarzinom KW - Künstliche Intelligenz KW - Speiseröhrenkrebs KW - Diagnose KW - Künstliche Intelligenz Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0042-1755109 VL - 60 IS - 08 PB - Georg Thieme Verlag CY - Stuttgart ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Mendel, Robert A1 - Probst, Andreas A1 - Meinikheim, Michael A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Intraprozedurale Strukturerkennung bei Third-Space Endoskopie mithilfe eines Deep-Learning Algorithmus T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung Third-Space Interventionen wie die endoskopische Submukosadissektion (ESD) und die perorale endoskopische Myotomie (POEM) sind technisch anspruchsvoll und mit einem erhöhten Risiko für intraprozedurale Komplikationen wie Blutung oder Perforation assoziiert. Moderne Computerprogramme zur Unterstützung bei diagnostischen Entscheidungen werden unter Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) in der Endoskopie bereits erfolgreich eingesetzt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, relevante anatomische Strukturen mithilfe eines Deep-Learning Algorithmus zu detektieren und segmentieren, um die Sicherheit und Anwendbarkeit von ESD und POEM zu erhöhen. Methoden Zwölf Videoaufnahmen in voller Länge von Third-Space Endoskopien wurden aus der Datenbank des Universitätsklinikums Augsburg extrahiert. 1686 Einzelbilder wurden für die Kategorien Submukosa, Blutgefäß, Dissektionsmesser und endoskopisches Instrument annotiert und segmentiert. Mit diesem Datensatz wurde ein DeepLabv3+neuronales Netzwerk auf der Basis eines ResNet mit 101 Schichten trainiert und intern anhand der Parameter Intersection over Union (IoU), Dice Score und Pixel Accuracy validiert. Die Fähigkeit des Algorithmus zur Gefäßdetektion wurde anhand von 24 Videoclips mit einer Spieldauer von 7 bis 46 Sekunden mit 33 vordefinierten Gefäßen evaluiert. Anhand dieses Tests wurde auch die Gefäßdetektionsrate eines Experten in der Third-Space Endoskopie ermittelt. Ergebnisse Der Algorithmus zeigte eine Gefäßdetektionsrate von 93,94% mit einer mittleren Rate an falsch positiven Signalen von 1,87 pro Minute. Die Gefäßdetektionsrate des Experten lag bei 90,1% ohne falsch positive Ergebnisse. In der internen Validierung an Einzelbildern wurde eine IoU von 63,47%, ein mittlerer Dice Score von 76,18% und eine Pixel Accuracy von 86,61% ermittelt. Zusammenfassung Dies ist der erste KI-Algorithmus, der für den Einsatz in der therapeutischen Endoskopie entwickelt wurde. Präliminäre Ergebnisse deuten auf eine mit Experten vergleichbare Detektion von Gefäßen während der Untersuchung hin. Weitere Untersuchungen sind nötig, um die Leistung des Algorithmus im Vergleich zum Experten genauer zu eruieren sowie einen möglichen klinischen Nutzen zu ermitteln. KW - Deep Learning KW - Third-Space Endoscopy Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0042-1745652 VL - 60 IS - 04 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - JOUR A1 - Souza Jr., Luis Antonio de A1 - Pacheco, André G.C. A1 - Passos, Leandro A. A1 - Santana, Marcos Cleison S. A1 - Mendel, Robert A1 - Ebigbo, Alanna A1 - Probst, Andreas A1 - Messmann, Helmut A1 - Palm, Christoph A1 - Papa, João Paulo T1 - DeepCraftFuse: visual and deeply-learnable features work better together for esophageal cancer detection in patients with Barrett’s esophagus JF - Neural Computing and Applications N2 - Limitations in computer-assisted diagnosis include lack of labeled data and inability to model the relation between what experts see and what computers learn. 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. While deep learning techniques are broad so that unseen information might help learn patterns of interest, human insights to describe objects of interest help in decision-making. This paper proposes a novel approach, DeepCraftFuse, to address the challenge of combining information provided by deep networks with visual-based features to significantly enhance the correct identification of cancerous tissues in patients affected with Barrett’s esophagus (BE). We demonstrate that DeepCraftFuse outperforms state-of-the-art techniques on private and public datasets, reaching results of around 95% when distinguishing patients affected by BE that is either positive or negative to esophageal cancer. KW - Deep Learning KW - Speiseröhrenkrebs KW - Adenocarcinom KW - Endobrachyösophagus KW - Diagnose KW - Maschinelles Lernen KW - Machine learning KW - Adenocarcinoma KW - Object detector KW - Barrett’s esophagus KW - Deep Learning Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1007/s00521-024-09615-z VL - 36 SP - 10445 EP - 10459 PB - Springer CY - London ER - TY - JOUR A1 - Souza, Luis A. A1 - Pacheco, André G.C. A1 - de Souza, Alberto F. A1 - Oliveira-Santos, Thiago A1 - Badue, Claudine A1 - Palm, Christoph A1 - Papa, João Paulo T1 - TransConv: a lightweight architecture based on transformers and convolutional neural networks for adenocarcinoma and Barrett’s esophagus identification JF - Neural Computing and Applications N2 - Barrett’s esophagus, also known as BE, is commonly associated with repeated exposure to stomach acid. If not treated properly, it may evolve into esophageal adenocarcinoma, aka esophageal cancer. This paper proposes TransConv, a hybrid architecture that benefits from features learned by pre-trained vision transformers (ViTs) and convolutional neural networks (CNNs), followed by a shallow neural network composed of three normalizations, ReLU activations, and fully connected layers, and a SoftMax head to distinguish between BE and esophageal cancer. TransConv is designed to be training-lightweight, and for the ViT and CNN backbone models, weights are kept frozen during training, i.e., the primary goal of TransConv is to learn the weights of the fully connected layer from both backbones only, avoiding the burden of updating their weights but still learning their final descriptions for the lightweight convolutional model. We report promising results with low computational training costs in two datasets, one public and another private. From our achievements, TransConv was able to deliver balanced accuracy results around 85% and 86% for each evaluated dataset, respectively, in a design that required only 50 epochs of model training, a very reduced number compared to state-of-the-art conducted studies in the same domain. Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1007/s00521-025-11299-y IS - 37 SP - 15535 EP - 15546 PB - Springer ER - TY - INPR A1 - Rückert, Tobias A1 - Rückert, Daniel A1 - Palm, Christoph T1 - Methods and datasets for segmentation of minimally invasive surgical instruments in endoscopic images and videos: A review of the state of the art N2 - In the field of computer- and robot-assisted minimally invasive surgery, enormous progress has been made in recent years based on the recognition of surgical instruments in endoscopic images. Especially the determination of the position and type of the instruments is of great interest here. Current work involves both spatial and temporal information with the idea, that the prediction of movement of surgical tools over time may improve the quality of final segmentations. The provision of publicly available datasets has recently encouraged the development of new methods, mainly based on deep learning. In this review, we identify datasets used for method development and evaluation, as well as quantify their frequency of use in the literature. We further present an overview of the current state of research regarding the segmentation and tracking of minimally invasive surgical instruments in endoscopic images. The paper focuses on methods that work purely visually without attached markers of any kind on the instruments, taking into account both single-frame segmentation approaches as well as those involving temporal information. A discussion of the reviewed literature is provided, highlighting existing shortcomings and emphasizing available potential for future developments. The publications considered were identified through the platforms Google Scholar, Web of Science, and PubMed. The search terms used were "instrument segmentation", "instrument tracking", "surgical tool segmentation", and "surgical tool tracking" and result in 408 articles published between 2015 and 2022 from which 109 were included using systematic selection criteria. Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.13014 ER - TY - CHAP A1 - Gutbrod, Max A1 - Rauber, David A1 - Weber Nunes, Danilo A1 - Palm, Christoph T1 - OpenMIBOOD: Open Medical Imaging Benchmarks for Out-Of-Distribution Detection T2 - 2025 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 10.-17. June 2025, Nashville 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, nearOOD, 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 OODdetection 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 https://github.com/remic-othr/OpenMIBOOD. KW - Benchmark testing KW - Reliability KW - Trustworthiness KW - out-of-distribution Y1 - 2025 UR - https://openaccess.thecvf.com/content/CVPR2025/html/Gutbrod_OpenMIBOOD_Open_Medical_Imaging_Benchmarks_for_Out-Of-Distribution_Detection_CVPR_2025_paper.html SN - 979-8-3315-4364-8 U6 - https://doi.org/10.1109/CVPR52734.2025.02410 N1 - Die Preprint-Version ist ebenfalls in diesem Repositorium verzeichnet unter: https://opus4.kobv.de/opus4-oth-regensburg/8059 SP - 25874 EP - 25886 PB - IEEE ER - TY - INPR A1 - Rückert, Tobias A1 - Rauber, David A1 - Maerkl, Raphaela A1 - Klausmann, Leonard A1 - Yildiran, Suemeyye R. A1 - Gutbrod, Max A1 - Nunes, Danilo Weber A1 - Moreno, Alvaro Fernandez A1 - Luengo, Imanol A1 - Stoyanov, Danail A1 - Toussaint, Nicolas A1 - Cho, Enki A1 - Kim, Hyeon Bae A1 - Choo, Oh Sung A1 - Kim, Ka Young A1 - Kim, Seong Tae A1 - Arantes, Gonçalo A1 - Song, Kehan A1 - Zhu, Jianjun A1 - Xiong, Junchen A1 - Lin, Tingyi A1 - Kikuchi, Shunsuke A1 - Matsuzaki, Hiroki A1 - Kouno, Atsushi A1 - Manesco, João Renato Ribeiro A1 - Papa, João Paulo A1 - Choi, Tae-Min A1 - Jeong, Tae Kyeong A1 - Park, Juyoun A1 - Alabi, Oluwatosin A1 - Wei, Meng A1 - Vercauteren, Tom A1 - Wu, Runzhi A1 - Xu, Mengya A1 - an Wang, A1 - Bai, Long A1 - Ren, Hongliang A1 - Yamlahi, Amine A1 - Hennighausen, Jakob A1 - Maier-Hein, Lena A1 - Kondo, Satoshi A1 - Kasai, Satoshi A1 - Hirasawa, Kousuke A1 - Yang, Shu A1 - Wang, Yihui A1 - Chen, Hao A1 - Rodríguez, Santiago A1 - Aparicio, Nicolás A1 - Manrique, Leonardo A1 - Lyons, Juan Camilo A1 - Hosie, Olivia A1 - Ayobi, Nicolás A1 - Arbeláez, Pablo A1 - Li, Yiping A1 - Khalil, Yasmina Al A1 - Nasirihaghighi, Sahar A1 - Speidel, Stefanie A1 - Rückert, Daniel A1 - Feussner, Hubertus A1 - Wilhelm, Dirk A1 - Palm, Christoph T1 - Comparative validation of surgical phase recognition, instrument keypoint estimation, and instrument instance segmentation in endoscopy: Results of the PhaKIR 2024 challenge N2 - Reliable recognition and localization of surgical instruments in endoscopic video recordings are foundational for a wide range of applications in computer- and robot-assisted minimally invasive surgery (RAMIS), including surgical training, skill assessment, and autonomous assistance. However, robust performance under real-world conditions remains a significant challenge. Incorporating surgical context - such as the current procedural phase - has emerged as a promising strategy to improve robustness and interpretability. To address these challenges, we organized the Surgical Procedure Phase, Keypoint, and Instrument Recognition (PhaKIR) sub-challenge as part of the Endoscopic Vision (EndoVis) challenge at MICCAI 2024. We introduced a novel, multi-center dataset comprising thirteen full-length laparoscopic cholecystectomy videos collected from three distinct medical institutions, with unified annotations for three interrelated tasks: surgical phase recognition, instrument keypoint estimation, and instrument instance segmentation. Unlike existing datasets, ours enables joint investigation of instrument localization and procedural context within the same data while supporting the integration of temporal information across entire procedures. We report results and findings in accordance with the BIAS guidelines for biomedical image analysis challenges. The PhaKIR sub-challenge advances the field by providing a unique benchmark for developing temporally aware, context-driven methods in RAMIS and offers a high-quality resource to support future research in surgical scene understanding. Y1 - 2025 N1 - Der Aufsatz wurde peer-reviewed veröffentlicht und ist ebenfalls in diesem Repositorium verzeichnet unter: https://opus4.kobv.de/opus4-oth-regensburg/frontdoor/index/index/start/0/rows/10/sortfield/score/sortorder/desc/searchtype/simple/query/10.1016%2Fj.media.2026.103945/docId/8846 ER - TY - GEN A1 - Rückert, Tobias A1 - Rückert, Daniel A1 - Palm, Christoph T1 - Corrigendum to “Methods and datasets for segmentation of minimally invasive surgical instruments in endoscopic images and videos: A review of the state of the art” [Comput. Biol. Med. 169 (2024) 107929] T2 - Computers in Biology and Medicine N2 - The authors regret that the SAR-RARP50 dataset is missing from the description of publicly available datasets presented in Chapter 4. Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-70337 N1 - Aufsatz unter: https://opus4.kobv.de/opus4-oth-regensburg/frontdoor/index/index/docId/6983 PB - Elsevier ER - TY - JOUR A1 - Hammer, Simone A1 - Nunes, Danilo Weber A1 - Hammer, Michael A1 - Zeman, Florian A1 - Akers, Michael A1 - Götz, Andrea A1 - Balla, Annika A1 - Doppler, Michael Christian A1 - Fellner, Claudia A1 - Da Platz Batista Silva, Natascha A1 - Thurn, Sylvia A1 - Verloh, Niklas A1 - Stroszczynski, Christian A1 - Wohlgemuth, Walter Alexander A1 - Palm, Christoph A1 - Uller, Wibke T1 - Deep learning-based differentiation of peripheral high-flow and low-flow vascular malformations in T2-weighted short tau inversion recovery MRI JF - Clinical hemorheology and microcirculation N2 - BACKGROUND Differentiation of high-flow from low-flow vascular malformations (VMs) is crucial for therapeutic management of this orphan disease. OBJECTIVE A convolutional neural network (CNN) was evaluated for differentiation of peripheral vascular malformations (VMs) on T2-weighted short tau inversion recovery (STIR) MRI. METHODS 527 MRIs (386 low-flow and 141 high-flow VMs) were randomly divided into training, validation and test set for this single-center study. 1) Results of the CNN's diagnostic performance were compared with that of two expert and four junior radiologists. 2) The influence of CNN's prediction on the radiologists' performance and diagnostic certainty was evaluated. 3) Junior radiologists' performance after self-training was compared with that of the CNN. RESULTS Compared with the expert radiologists the CNN achieved similar accuracy (92% vs. 97%, p = 0.11), sensitivity (80% vs. 93%, p = 0.16) and specificity (97% vs. 100%, p = 0.50). In comparison to the junior radiologists, the CNN had a higher specificity and accuracy (97% vs. 80%, p <  0.001; 92% vs. 77%, p <  0.001). CNN assistance had no significant influence on their diagnostic performance and certainty. After self-training, the junior radiologists' specificity and accuracy improved and were comparable to that of the CNN. CONCLUSIONS Diagnostic performance of the CNN for differentiating high-flow from low-flow VM was comparable to that of expert radiologists. CNN did not significantly improve the simulated daily practice of junior radiologists, self-training was more effective. KW - magnetic resonance imaging KW - deep learning KW - Vascular malformation Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3233/CH-232071 SP - 1 EP - 15 PB - IOP Press ET - Pre-press ER - TY - GEN A1 - Meinikheim, Michael A1 - Mendel, Robert A1 - Probst, Andreas A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Nagl, Sandra A1 - Schnoy, Elisabeth A1 - Römmele, Christoph A1 - Prinz, Friederike A1 - Schlottmann, Jakob A1 - Messmann, Helmut A1 - Palm, Christoph A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Einfluss von Künstlicher Intelligenz auf die Performance von niedergelassenen Gastroenterolog:innen bei der Beurteilung von Barrett-Ösophagus T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung  Die Differenzierung zwischen nicht dysplastischem Barrett-Ösophagus (NDBE) und mit Barrett-Ösophagus assoziierten Neoplasien (BERN) während der endoskopischen Inspektion erfordert viel Expertise. Die frühe Diagnosestellung ist wichtig für die weitere Prognose des Barrett-Karzinoms. In Deutschland werden Patient:innen mit einem Barrett-Ösophagus (BE) in der Regel im niedergelassenen Sektor überwacht. Ziele  Ziel ist es, den Einfluss von einem auf Künstlicher Intelligenz (KI) basierenden klinischen Entscheidungsunterstützungssystems (CDSS) auf die Performance von niedergelassenen Gastroenterolog:innen (NG) bei der Evaluation von Barrett-Ösophagus (BE) zu untersuchen. Methodik  Es erfolgte die prospektive Sammlung von 96 unveränderten hochauflösenden Videos mit Fällen von Patient:innen mit histologisch bestätigtem NDBE und BERN. Alle eingeschlossenen Fälle enthielten mindestens zwei der folgenden Darstellungsmethoden: HD-Weißlichtendoskopie, Narrow Band Imaging oder Texture and Color Enhancement Imaging. Sechs NG von sechs unterschiedlichen Praxen wurden als Proband:innen eingeschlossen. Es erfolgte eine permutierte Block-Randomisierung der Videofälle in entweder Gruppe A oder Gruppe B. Gruppe A implizierte eine Evaluation des Falls durch Proband:innen zunächst ohne KI und anschließend mit KI als CDSS. In Gruppe B erfolgte die Evaluation in umgekehrter Reihenfolge. Anschließend erfolgte eine zufällige Wiedergabe der so entstandenen Subgruppen im Rahmen des Tests. Ergebnis  In diesem Test konnte ein von uns entwickeltes KI-System (Barrett-Ampel) eine Sensitivität von 92,2%, eine Spezifität von 68,9% und eine Accuracy von 81,3% erreichen. Mit der Hilfe von KI verbesserte sich die Sensitivität der NG von 64,1% auf 71,2% (p<0,001) und die Accuracy von 66,3% auf 70,8% (p=0,006) signifikant. Eine signifikante Verbesserung dieser Parameter zeigte sich ebenfalls, wenn die Proband:innen die Fälle zunächst ohne KI evaluierten (Gruppe A). Wurde der Fall jedoch als Erstes mit der Hilfe von KI evaluiert (Gruppe B), blieb die Performance nahezu konstant. Schlussfolgerung  Es konnte ein performantes KI-System zur Evaluation von BE entwickelt werden. NG verbessern sich bei der Evaluation von BE durch den Einsatz von KI. KW - Barrett-Ösophagus KW - Künstliche Intelligenz Y1 - 2023 UR - https://www.thieme-connect.de/products/ejournals/abstract/10.1055/s-0043-1771711 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0043-1771711 VL - 61 IS - 8 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Mendel, Robert A1 - Probst, Andreas A1 - Nagl, Sandra A1 - Meinikheim, Michael A1 - Yip, Hon Chi A1 - Lau, Louis Ho Shing A1 - Chiu, Philip Wai Yan A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Effekt eines Künstliche Intelligenz (KI) – Algorithmus auf die Gefäßdetektion bei third space Endoskopien T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung  Third space Endoskopieprozeduren wie die endoskopische Submukosadissektion (ESD) und die perorale endoskopische Myotomie (POEM) sind technisch anspruchsvoll und gehen mit untersucherabhängigen Komplikationen wie Blutungen und Perforationen einher. Grund hierfür ist die unabsichtliche Durchschneidung von submukosalen Blutgefäßen ohne präemptive Koagulation. Ziele Die Forschungsfrage, ob ein KI-Algorithmus die intraprozedurale Gefäßerkennung bei ESD und POEM unterstützen und damit Komplikationen wie Blutungen verhindern könnte, erscheint in Anbetracht des erfolgreichen Einsatzes von KI bei der Erkennung von Kolonpolypen interessant. Methoden  Auf 5470 Einzelbildern von 59 third space Endoscopievideos wurden submukosale Blutgefäße annotiert. Zusammen mit weiteren 179.681 nicht-annotierten Bildern wurde ein DeepLabv3+neuronales Netzwerk mit dem ECMT-Verfahren für semi-supervised learning trainiert, um Blutgefäße in Echtzeit erkennen zu können. Für die Evaluation wurde ein Videotest mit 101 Videoclips aus 15 vom Trainingsdatensatz separaten Prozeduren mit 200 vordefinierten Gefäßen erstellt. Die Gefäßdetektionsrate, -zeit und -dauer, definiert als der Prozentsatz an Einzelbildern eines Videos bezogen auf den Goldstandard, auf denen ein definiertes Gefäß erkannt wurde, wurden erhoben. Acht erfahrene Endoskopiker wurden mithilfe dieses Videotests im Hinblick auf Gefäßdetektion getestet, wobei eine Hälfte der Videos nativ, die andere Hälfte nach Markierung durch den KI-Algorithmus angesehen wurde. Ergebnisse  Der mittlere Dice Score des Algorithmus für Blutgefäße war 68%. Die mittlere Gefäßdetektionsrate im Videotest lag bei 94% (96% für ESD; 74% für POEM). Die mediane Gefäßdetektionszeit des Algorithmus lag bei 0,32 Sekunden (0,3 Sekunden für ESD; 0,62 Sekunden für POEM). Die mittlere Gefäßdetektionsdauer lag bei 59,1% (60,6% für ESD; 44,8% für POEM) des Goldstandards. Alle Endoskopiker hatten mit KI-Unterstützung eine höhere Gefäßdetektionsrate als ohne KI. Die mittlere Gefäßdetektionsrate ohne KI lag bei 56,4%, mit KI bei 71,2% (p<0.001). Schlussfolgerung  KI-Unterstützung war mit einer statistisch signifikant höheren Gefäßdetektionsrate vergesellschaftet. Die mediane Gefäßdetektionszeit von deutlich unter einer Sekunde sowie eine Gefäßdetektionsdauer von größer 50% des Goldstandards wurden für den klinischen Einsatz als ausreichend erachtet. In prospektiven Anwendungsstudien sollte der KI-Algorithmus auf klinische Relevanz getestet werden. KW - Künstliche Intelligenz Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0043-1771980 VL - 61 IS - 08 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - GEN A1 - Scheppach, Markus W. A1 - Mendel, Robert A1 - Muzalyova, Anna A1 - Rauber, David A1 - Probst, Andreas A1 - Nagl, Sandra A1 - Römmele, Christoph A1 - Yip, Hon Chi A1 - Lau, Louis Ho Shing A1 - Gölder, Stefan Karl A1 - Schmidt, Arthur A1 - Kouladouros, Konstantinos A1 - Abdelhafez, Mohamed A1 - Walter, B. A1 - Meinikheim, Michael A1 - Chiu, Philip Wai Yan A1 - Palm, Christoph A1 - Messmann, Helmut A1 - Ebigbo, Alanna T1 - Künstliche Intelligenz erhöht die Gefäßerkennung von Endoskopikern bei third space Endoskopie T2 - Zeitschrift für Gastroenterologie N2 - Einleitung: Künstliche Intelligenz (KI)-Algorithmen unterstützen Endoskopiker bei der Erkennung und Charakterisierung von Kolonpolypen in der klinischen Praxis und führen zu einer Erhöhung der Adenomdetektionsrate. Auch bei therapeutischen Maßnahmen wie der endoskopischen Submukosadissektion (ESD) könne relevante anatomische Strukturen durch KI mit hoher Genauigkeit erkannt und im endoskopischen Bild in Echtzeit markiert werden. Der Effekt einer solchen Applikation auf die Gefäßdetektion von Endoskopikern ist bislang nicht erforscht. Ziele:  In dieser Studie wurde der Effekt eines KI-Algorithmus zur Echtzeit-Gefäßmarkierung bei ESD auf die Gefäßdetektionsrate von Endoskopikern untersucht. Methodik:  59 third space Endoskopievideos wurde aus der Datenbank des Universitätsklinikums Augsburg extrahiert. Auf 5470 Einzelbildern dieser Untersuchungen wurde submukosale Blutgefäße annotiert. Zusammen mit weiteren 179681 unmarkierten Bildern wurde ein DeepLabV3+ neuronales Netzwerk mit einer semi-supervised learning Methode darin trainiert, submukosale Blutgefäße auf dem endoskopischen Bild zu erkennen und in Echtzeit einzuzeichnen. Anhand eines Videotests mit 101 Videoclips und 200 vordefinierten Blutgefäßen wurden 19 Endoskopiker mit und ohne KI Unterstützung getestet. Ergebnis:  Der Algorithmus erkannte in dem Videotest 93.5% der Gefäße in einer Detektionszeit von im Median 0,3 Sekunden. Die Gefäßdetektionsrate von Endoskopikern erhöhte sich durch KI Unterstützung von 56,4% auf 72,4% (p<0.001). Die Gefäßdetektionszeit reduzierte sich durch KI-Unterstützung von 6,7 auf 5.2 Sekunden (p<0.001). Der Algorithmus zeigte eine Rate an falsch positiven Detektionen in 4.5% der Einzelbilder. Falsch positiv erkannte Strukturen wurde kürzer detektiert, als richtig positive (0.7 und 6.0 Sekunden, p<0.001). Schlussfolgerung:  KI Unterstützung führte zu einer erhöhten Gefäßdetektionsrate und schnelleren Gefäßdetektionszeit von Endoskopikern. Ein möglicher klinischer Effekt auf die intraprozedurale Komplikationsrate oder Operationszeit könnte in prospektiven Studien ermittelt werden. Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1055/s-0044-1790087 VL - 62 IS - 09 SP - e830 PB - Georg Thieme Verlag KG ER -