Manuela Makabe

The image related services of the HELIOS software engineering environment

This paper describes the approach of the European HELIOS project to integrate image processing tools into ward information systems. The image processing tools are the result of the basic research in image analysis in the Department Medical and Biological Informatics at the German Cancer Research Center. These tools for the analysis of two-dimensional images and three-dimensional data volumes with 3D reconstruction and visualization ae part of the Image Related Services of HELIOS. The HELIOS software engineering environment allows to use the image processing functionality in integrated applications.

Ein System zur automatischen Generierung graphischer Benutzungsschnittstellen für Bildverarbeitungsalgorithmen

Seit Anfang der achtziger Jahre ist eine grose Anzahl von Tools fur die Entwicklung graphischer Benutzungsschnittstellen (GUI) auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen entstanden. Einige dieser Tools zwingen den Entwickler sich mit unnotig vielen Details auseinanderzusetzen. Andere Tools lassen dem Benutzer keine Flexibilitat oder sind so komplex, das dadurch die Arbeit nicht erleichtert wird. Mit Hilfe von Generierungssystemen erreicht man eine Senkung der Entwicklungszeiten und Kosten. Wir stellen eine generische Architektur vor, die eine weitestgehende Automatisierung des Generierungsprozeses graphischer Benutzungsschnittstellen fur Bildverarbeitungsalgorithmen erlaubt. Dabei werden keine zusatzlichen Anforderungen an den Benutzer gestellt.

Eine modulare Architektur zur Vereinfachung der Entwicklung klinischer Bildverarbeitungssysteme

Das Problem der Bearbeitung medizinischen Bildmaterials in der klinischen Routine wurde bisher systemtheoretisch auf zwei Arten angegangen. Die eine Losung sieht ein monolithisches System vor, das mit einem Maximum an Funktionalitat ausgestattet ist. Die andere dagegen besteht aus mehreren kleineren Systemeinheiten, welche spezialisierte Teilaufgaben in der klinischen Bildverarbeitung angehen, wie z.B. Volumenmessung in der Leberchirurgie, Flusmessungen in der Herzchirurgie und zahlreiche andere. Diese kleineren Systeme konnen dann in ein sog. Host-System eingebettet werden und koexistieren. Fur die Unterstutzung der Entwicklung der modularen und konfigurierbaren Systeme der zweiten Gruppe stellen wir eine Architektur vor. Wir erlautern die Grunde fur die Einfuhrung einer derartigen Architektur, die Aktivitaten des Bildverarbeiters, die diese Architektur unterstutzen soll, ihre Komponenten, und abschliesend eine mogliche Implementierung in Form von objektorientierten Frameworks.

Image Processing Methods for an Exact Reproduction of Unique Waxed Heart Specimens

Precise knowledge of cardiac anatomy forms the basis for diagnosis and treatment of congenital heart disease. Only a few centers worldwide have access to specialized pathology collections of hearts with congenital malformations. Rare specimens cannot be replaced after loss or damage. To preserve, reproduce, and publish the unique specimens of the Cardiac Registry, Children’s Hospital Boston, for worldwide teaching and research purposes, we have developed the image processing methods described in this paper. The challenge is to preserve all relevant details unaltered in the reproduced models.

Vergleich verschiedener volumetrischer Methoden für rotationsakquirierte echokardiographische Bilddaten

Die Echokardiographie ist ein nichtinvasives Verfahren, das in der Diagnostik koronarer Herzerkrankungen eingesetzt wird. Dabei ist die Bestimmung des Volumens des linken Ventrikels sowie daraus ableitbarer Grosen von besonderer diagnostischer Bedeutung. Im vorliegenden Beitrag werden den bislang in der klinischen Routine verwendeten Volumetrieverfahren ein direktes Verfahren gegenubergestellt. Bei diesem werden die bei der mit Rotationsakquisition durchgefuhrten Echokardiographie geltenden Bedingungen berucksichtigt und eine Volumenbestimmung in den untransformierten Originaldaten vorgenommen. Der Vergleich der Verfahren erfolgt anhand echokardiographischer Aufnahmen von wassergefullten Latexballons definierten Volumens. Die Ergebnisse zeigen, das das vorgestellte Verfahren zur direkten Volumetrie in einem zylindrischen Koordinatensystem bezuglich der Genauigkeit mit der tomographischen 3D-Volumetrie im kartesischen Koordinatensystem vergleichbar ist. Beide Verfahren zeichnen sich bei der Bestimmung der Volumina durch einen deutlich geringeren relativen Fehler aus als das in der klinischen Routine durchgefuhrte, monoplanare 2D-Verfahren.

An architecture for implementing customizable medical image processing systems

Monolithic image processing systems containing a superset of imaging algorithms are difficult to use and require specialized knowledge of image processing. Thus they increase the workload of medical personnel instead of making the work situation easier. Customizable medical image processing systems on the other hand may be easily adapted to address various problems in the medical image processing domain integrating only the necessary subset of image processing functionality presented in on intuitive way. In this work we present an architecture for creating customizable image processing systems for the medical domain. We address three major topics: 1.) easy, goal-oriented customization of imaging systems by using a generalized algorithm model and repository, 2.) dynamic, data-oriented parameterization of the selected algorithms and 3.) semi-automated generation of user interface components for each new algorithm to be inserted in an imaging system based on cognitive ergonomics. We conclude with the presentation of an initial implementation of the architecture in form of an object-oriented framework for the creation of components for customizable medical imaging systems.

Die Problemorientierte Segmentierung des Herzens am Beispiel des Myocardödems

Eine nichtinvasive Erkennung myocardialer Odeme stellt fur den Herzchirurgen gerade im Bereich der Fruhdiagnostik und der Verlaufskontrolle ein wichtiges Hilfsmittel dar. In einer Studie, die sich mit der Identifikation von Odemen in Bildern beschaftigt, wurden von sechs explantierten Schweineherzen (drei mit und drei ohne Odem) MR-Aufnahmen erstellt und mit Methoden der Bildverarbeitung ausgewertet. Darin ergab sich, das es generell moglich ist, qualitative Aussagen uber das Vorhandensein myocardialer Odeme zu machen.

Automatische Orientierung in dreidimensionalen Bilddaten des Herzens

In der Herzchirurgie ist die computerunterstutzte praoperative Operationsplanung von besonderer Bedeutung. Wunschenswert ist es dort, ausgehend von einer Verdachtsdiagnose die Defekte zu visualisieren, zu isolieren und auszumessen, um den Verdacht zu bestatigen und den Eingriff zu simulieren. Dazu ist neben geeigneten Visualisierungs- und Segmentierungsmethoden auch ein Modell fur die Orientierung im Herzen notwendig. Im folgenden wird eine Losungsmoglichkeit vorgestellt.

Befundungsunterstützung in der kontrastmittelverstärkten MR-Mammographie mit Methoden der Bildverarbeitung

Mit der vorgestellte Methode zur automatischen Segmentierung und dreidimensionalen Rekonstruktion verdachtiger Lasionen in der kontrastmittelverstarkten MR-Mammographie wurde ein ganzheitliches Losungskonzept umgesetzt, das alle fur die diagnostische Entscheidung relevanten Merkmale berucksichtigt. Besonders im Bereich der diffusen Kontrastmittelanreicherungen hat die automatische Aufbereitung der Daten das Potential, die Forschung weiter anzuregen.

Gekrümmte Illusionskantenmodelle und ihre Anwendung in der bildverarbeitung

In der medizinischen Bildverarbeitung werden rein pixelbasierte Verfahren standardmasig in der Klassifizierung von MR- und CT-Schichtbildserien eingesetzt, fur die automatische Segmentierung einzelner Objekte hingegen sind allein pixelbasierte Informationen oft nicht ausreichend. Da die Information uber die Form der Objekte vernachlasigt wird, entsteht ein typischer Segmentierungsfehler. In dem vorliegenden Beitrag werden pixel- und formbasierte Informationen vereinigt, um die Bildanalyseprozesse zu stabilisieren. Mit Hilfe eines Modells des Segmentierungsfehlers wird dieser lokalisiert und Operatoren fur seine Korrektur konstruiert.