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Vascular malformations (VMs) are a rare condition. They can be categorized into high-flow and low-flow VMs, which is a challenging task for radiologists. In this work, a very heterogeneous set of MRI images with only rough annotations are used for classification with a convolutional neural network. The main focus is to describe the challenging data set and strategies to deal with such data in terms of preprocessing, annotation usage and choice of the network architecture. We achieved a classification result of 89.47 % F1-score with a 3D ResNet 18.
Time-Dependent Joint Probability Speed Function for Level-Set Segmentation of Rat-Brain Slices
(2008)
The segmentation of rat brain slices suffers from illumination inhomogeneities and staining effects. State-of-the-art level-set methods model slice and background with intensity mixture densities defining the speed function as difference between the respective probabilites. Nevertheless, the overlap of these distributions causes an inaccurate stopping at the slice border. In this work, we propose the characterisation of the border area with intensity pairs for inside and outside estimating joint intensity probabilities. Method - In contrast to global object and background models, we focus on the object border characterised by a joint mixture density. This specifies the probability of the occurance of an inside and an outside value in direct adjacency. These values are not known beforehand, because inside and outside depend on the level-set evolution and change during time. Therefore, the speed function is computed time-dependently at the position of the current zero level-set. Along this zero level-set curve, the inside and outside values are derived as mean along the curvature normal directing inside and outside the object. Advantage of the joint probability distribution is to resolve the distribution overlaps, because these are assumed to be not located at the same border position. Results - The novel time-dependent joint probability based speed function is compared expermimentally with single probability based speed functions. Two rat brains with about 40 slices are segmented and the results analysed using manual segmentations and the Tanimoto overlap measure. Improved results are recognised for both data sets.
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.
Structural MRI brain analysis and segmentation is a crucial part in the daily routine in neurosurgery for intervention planning. Exemplarily, the free software FSL-FAST (FMRIB’s Segmentation Library – FMRIB’s Automated Segmentation Tool) in version 4 is used for segmentation of brain tissue types. To speed up the segmentation procedure by parallel execution, we transferred FSL-FAST to a General Purpose Graphics Processing Unit (GPGPU) using Open Computing Language (OpenCL) [1]. The necessary steps for parallelization resulted in substantially different and less useful results. Therefore, the underlying methods were revised and adapted yielding computational overhead. Nevertheless, we achieved a speed-up factor of 3.59 from CPU to GPGPU execution, as well providing similar useful or even better results.
Reduktion von Rissartefakten durch nicht-lineare Registrierung in histologischen Schnittbildern
(2009)
In dieser Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das Rissartefakte, die in histologischen Rattenhirnschnitten vorkommen können, durch nicht-lineare Registrierung reduziert. Um die Optimierung in der Rissregion zu leiten, wird der Curvature Registrierungsansatz um eine Metrik basierend auf der Segmentierung der Bilder erweitert. Dabei erzielten Registrierungen mit der ausschließlichen Segmentierung des Risses bessere Ergebnisse als Registrierungen mit einer Segmentierung des gesamten Hirnschnitts. Insgesamt zeigt sich eine deutliche Verbesserung in der Rissregion, wobei der verbleibende reduzierte Riss auf die Glattheitsbedingungen des Regularisierers zurückzuführen ist.
Computer-assisted analysis of endoscopic images can be helpful to the automatic diagnosis and classification of neoplastic lesions. Barrett's esophagus (BE) is a common type of reflux that is not straight forward to be detected by endoscopic surveillance, thus being way susceptible to erroneous diagnosis, which can cause cancer when not treated properly. In this work, we introduce the Optimum-Path Forest (OPF) classifier to the task of automatic identification of Barrett'sesophagus, with promising results and outperforming the well known Support Vector Machines (SVM) in the aforementioned context. We consider describing endoscopic images by means of feature extractors based on key point information, such as the Speeded up Robust Features (SURF) and Scale-Invariant Feature Transform (SIFT), for further designing a bag-of-visual-wordsthat is used to feed both OPF and SVM classifiers. The best results were obtained by means of the OPF classifier for both feature extractors, with values lying on 0.732 (SURF) - 0.735(SIFT) for sensitivity, 0.782 (SURF) - 0.806 (SIFT) for specificity, and 0.738 (SURF) - 0.732 (SIFT) for the accuracy.
In dieser Arbeit wird die Segmentierung von Gehirngewebe aus Kopfaufnahmen von Ratten mittels Level-Set-Methoden vorgeschlagen. Dazu wird ein zweidimensionaler, kontrastbasierter Ansatz zu einem dreidimensionalen, lokal an die Bildintensität adaptierten Segmentierer erweitert. Es wird gezeigt, dass mit diesem echten 3D-Ansatz die lokalen Bildstrukturen besser berücksichtigt werden können. Insbesondere Magnet-Resonanz-Tomographien (MRTs) mit globalen Helligkeitsgradienten, beispielsweise bedingt durch Oberflächenspulen, können auf diese Weise zuverlässiger und ohne weitere Vorverarbeitungsschritte segmentiert werden. Die Leistungsfähigkeit des Algorithmus wird experimentell an Hand dreier Rattenhirn-MRTs demonstriert.
Zur Analyse von Lippenbewegungsabläufen wird ein aktives Konturmodell eingesetzt. Probleme bereitet die hohe Sprechgeschwindigkeit, die in star ken Objektverschiebungen result iert und bislang nicht durch eine alleinige Konturanpassung kompensiert werden kann. In diesem Beitrag werden die klassischen aktiven Konturmodelle um eine Vorjustierung der Grobkonturen erweitert, die eine energiebasierte Konturanpassung erst möglich macht. Die Schätzung der Verschiebung zur Vorjustierung basiert auf dem Gradientenbild und einem prädikatenlogisch formulierten Regelwerk, das Annahmen und Nebenbedingungen als Wissensbasis enthält. Mit Hilfe dieser Erweiterungen ist eine automatisierte Konturverfolgung der Lippen möglich.
Presenting images from different modalities seems to be a trivial task considering the challenges to obtain registered images as a pre-requisite for image fusion. In combined tomographs like PET/CT, image registration is intrinsic. However, informative image fusion mandates careful preparation owing to the large amount of information that is presented to the observer. In complex imaging situations it is required to provide tools that are easy to handle and still powerful enough to help the observer discriminating important details from background patterns. We investigated several options for color tables applied to brain and non-brain images obtained with PET, MRI and CT.
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.