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Forschungsbericht 2016
(2016)
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.
Introduction – Diagnosis of abnormal cilia function is based on ultrastructural analysis of axoneme defects, especialy the features of inner and outer dynein arms which are the motors of ciliar motility. Sub-optimal biopsy material, methodical, and intrinsic electron microscopy factors pose difficulty in ciliary defects evaluation. We present a computer-assisted approach based on state-of-the-art image analysis and object recognition methods yielding a time-saving and efficient diagnosis of cilia dysfunction. Method – The presented approach is based on a pipeline of basal image processing methods like smoothing, thresholding and ellipse fitting. However, integration of application specific knowledge results in robust segmentations even in cases of image artifacts. The method is build hierarchically starting with the detection of cilia within the image, followed by the detection of nine doublets within each analyzable cilium, and ending with the detection of dynein arms of each doublet. The process is concluded by a rough classification of the dynein arms as basis for a computer-assisted diagnosis. Additionally, the interaction possibilities are designed in a way, that the results are still reproducible given the completion report. Results – A qualitative evaluation showed reasonable detection results for cilia, doublets and dynein arms. However, since a ground truth is missing, the variation of the computer-assisted diagnosis should be within the subjective bias of human diagnosticians. The results of a first quantitative evaluation with five human experts and six images with 12 analyzable cilia showed, that with default parameterization 91.6% of the cilia and 98% of the doublets were found. The computer-assisted approach rated 66% of those inner and outer dynein arms correct, where all human experts agree. However, especially the quality of the dynein arm classification may be improved in future work.