Computergestützte 3D-Visualisierung histologischer Schnittbildserien am Beispiel des bovinen Mesonephros

Der rechte Mesonephros, sein Ductus mesonephricus sowie drei Tubuli eines bovinen Embryo mit 35 mm SSL wurden aus 902 histologischen Einzelbildern am Computer rekonstruiert. Zur Verwendung kam die kommerzielle Software „Amira“. Die Arbeit wurde über einen Remote-Zugang auf den Rechensystemen des Leibniz-Rechenzentrums in Garching bei München durchgeführt. Die Schwierigkeiten und Grenzen der computergestützten Visualisierung aus kon¬ventionellen Schnittbildserien konnten gezeigt werden. Das Vorgehen mit physi¬kalischen Schnitten brachte vor allem Probleme beim Ausrichten der Schnitte sowie beim Zuordnen von Bildpunkten zu Strukturen mit sich. Bei der bearbeite¬ten histologischen Serie handelte es sich um archivierte Bilder. Diese waren zum Zeitpunkt ihrer Herstellung nicht zum Zwecke der Bearbeitung an einem PC be¬stimmt und daher nicht mit Markersystemen zur besseren Reorientierung aus¬gestattet. Konventionelle Schnittbildserien komplizierter Strukturen können also als Ausgangsdaten zur digitalen Weiterverarbeitung als nicht optimal bezeichnet werden. Im Ergebnis konnten jedoch mit größtenteils zeitaufwendigen, händi¬schen Verfahren dank der sehr guten Hardware-Performance befriedigende Er¬gebnisse erzielt werden. Diese bestätigten größtenteils die bisherigen Beschreibungen des Mesonephros. Hinweise auf einen kraniokaudalen Gradienten in der Entwicklung und Degene¬ration konnte ebenso gezeigt werden wie grundsätzliche morphologische Bezie¬hungen. Ein Nephron besteht aus dem medial gelegenen Glomerulum, dem ge¬streckten proximalen Tubulus und einem stark gewundenen, distalen Tubulus mit attachment-Zone in direkter Nachbarschaft zum Glomerulum. Ein unmittelbar unter der Organkapsel verlaufender, kollektiver Abschnitt mündet schließlich in den Wolffschen Gang. Die Stellung der Nephrone ist segmentübergreifend und nahezu senkrecht zum Verlauf des Wolffschen Gangs. Der mit der Visualisierung der Schnittbildserie verbundene hohe Zeitaufwand sowie die Notwendigkeit ständiger manueller Kontrolle zeigt deutlich, dass bis zum routinemäßigen Einsatz dreidimensionaler Techniken im lichtmikroskopi¬schen Forschungsbereich noch großer Handlungsbedarf besteht. 3D-Modelle sind in der Lage, Wissenschaftlern neue Einblicke und Zugänge zu gewähren sowie Studierenden den Lernstoff auf anschauliche Art und Weise zu vermitteln. Der Aufwand zu ihrer Herstellung muss jedoch in einem sinnvollen Verhältnis zu ihrem Nutzen stehen.Computer-based 3D visualisation of histological serial sections using the example of the bovine mesonephros A mesonephros, its Wolffian duct and three of its tubuli of a bovine embryo measuring 35 mm CRL have been reconstructed out of 902 histological slices on a computer platform using the commercial visualisation software “Amira”. Main work has been done using a remote-access to the systems of the Leibniz-Rechenzentrum in Garching near Munich. Difficulties and limits of computer-based visualisation of conventional serial slices could be shown. Proceeding with physical sections lead to problems in alignment and labelling. The series used was an archived one that hasn´t been prepared for modern digital techniques and so has not been provided with any marker-systems. Thus, conventional se¬rial thin sections of complicated structures are not optimal for creating visualisa¬tions. However, satisfying results could be achieved by the use of time-consum¬ing manual work and thanks to the excellent hardware performance. These results mostly confirmed former descriptions of the mesonephros. There were signs that development and degeneration proceed in a craniocaudal direc¬tion. One nephron consists of the glomerulum situated medially, a straight proxi¬mal tubule and a highly contorted distal tubule with the attachment-zone next to the glomerulum. The collecting tubule runs directly subcapsular and empties into the Wolffian duct. The position of the nephrons reaches across multiple seg¬ments and is nearly perpendicular to the Wolffian duct. The time needed for operations and the need of permanent manual interactions clearly shows the necessity of progress in three-dimensional visualisation of light microscopical data to make it easy and fast enough for routine use. 3D-models are able to provide new insights to scientists and a more interactive way of learning for students. But efforts in achieving them must remain in reasonable relation to their value

Segmentierung medizinischer Bilddaten und bildgestützte intraoperative Navigation

Die Entwicklung von Algorithmen zur automatischen oder semi-automatischen Verarbeitung von medizinischen Bilddaten hat in den letzten Jahren mehr und mehr an Bedeutung gewonnen. Das liegt zum einen an den immer besser werdenden medizinischen Aufnahmemodalitäten, die den menschlichen Körper immer feiner virtuell abbilden können. Zum anderen liegt dies an der verbesserten Computerhardware, die eine algorithmische Verarbeitung der teilweise im Gigabyte-Bereich liegenden Datenmengen in einer vernünftigen Zeit erlaubt. Das Ziel dieser Habilitationsschrift ist die Entwicklung und Evaluation von Algorithmen für die medizinische Bildverarbeitung. Insgesamt besteht die Habilitationsschrift aus einer Reihe von Publikationen, die in drei übergreifende Themenbereiche gegliedert sind: -Segmentierung medizinischer Bilddaten anhand von vorlagenbasierten Algorithmen -Experimentelle Evaluation quelloffener Segmentierungsmethoden unter medizinischen Einsatzbedingungen -Navigation zur Unterstützung intraoperativer Therapien Im Bereich Segmentierung medizinischer Bilddaten anhand von vorlagenbasierten Algorithmen wurden verschiedene graphbasierte Algorithmen in 2D und 3D entwickelt, die einen gerichteten Graphen mittels einer Vorlage aufbauen. Dazu gehört die Bildung eines Algorithmus zur Segmentierung von Wirbeln in 2D und 3D. In 2D wird eine rechteckige und in 3D eine würfelförmige Vorlage genutzt, um den Graphen aufzubauen und das Segmentierungsergebnis zu berechnen. Außerdem wird eine graphbasierte Segmentierung von Prostatadrüsen durch eine Kugelvorlage zur automatischen Bestimmung der Grenzen zwischen Prostatadrüsen und umliegenden Organen vorgestellt. Auf den vorlagenbasierten Algorithmen aufbauend, wurde ein interaktiver Segmentierungsalgorithmus, der einem Benutzer in Echtzeit das Segmentierungsergebnis anzeigt, konzipiert und implementiert. Der Algorithmus nutzt zur Segmentierung die verschiedenen Vorlagen, benötigt allerdings nur einen Saatpunkt des Benutzers. In einem weiteren Ansatz kann der Benutzer die Segmentierung interaktiv durch zusätzliche Saatpunkte verfeinern. Dadurch wird es möglich, eine semi-automatische Segmentierung auch in schwierigen Fällen zu einem zufriedenstellenden Ergebnis zu führen. Im Bereich Evaluation quelloffener Segmentierungsmethoden unter medizinischen Einsatzbedingungen wurden verschiedene frei verfügbare Segmentierungsalgorithmen anhand von Patientendaten aus der klinischen Routine getestet. Dazu gehörte die Evaluierung der semi-automatischen Segmentierung von Hirntumoren, zum Beispiel Hypophysenadenomen und Glioblastomen, mit der frei verfügbaren Open Source-Plattform 3D Slicer. Dadurch konnte gezeigt werden, wie eine rein manuelle Schicht-für-Schicht-Vermessung des Tumorvolumens in der Praxis unterstützt und beschleunigt werden kann. Weiterhin wurde die Segmentierung von Sprachbahnen in medizinischen Aufnahmen von Hirntumorpatienten auf verschiedenen Plattformen evaluiert. Im Bereich Navigation zur Unterstützung intraoperativer Therapien wurden Softwaremodule zum Begleiten von intra-operativen Eingriffen in verschiedenen Phasen einer Behandlung (Therapieplanung, Durchführung, Kontrolle) entwickelt. Dazu gehört die erstmalige Integration des OpenIGTLink-Netzwerkprotokolls in die medizinische Prototyping-Plattform MeVisLab, die anhand eines NDI-Navigationssystems evaluiert wurde. Außerdem wurde hier ebenfalls zum ersten Mal die Konzeption und Implementierung eines medizinischen Software-Prototypen zur Unterstützung der intraoperativen gynäkologischen Brachytherapie vorgestellt. Der Software-Prototyp enthielt auch ein Modul zur erweiterten Visualisierung bei der MR-gestützten interstitiellen gynäkologischen Brachytherapie, welches unter anderem die Registrierung eines gynäkologischen Brachytherapie-Instruments in einen intraoperativen Datensatz einer Patientin ermöglichte. Die einzelnen Module führten zur Vorstellung eines umfassenden bildgestützten Systems für die gynäkologische Brachytherapie in einem multimodalen Operationssaal. Dieses System deckt die prä-, intra- und postoperative Behandlungsphase bei einer interstitiellen gynäkologischen Brachytherapie ab

Dresdner Transferbrief

Thema der Ausgabe 3(2016): Sprungbrett Informationstechnik Das Know-how steckt in Ihren Daten 10/11 Eine Erfolgsgeschichte: Big Data in Sachsen 12 Dem Papier in die Struktur geschaut 20:Aus dem Inhalt: Das Tor zu Spitzentechnologien: Das Dresden Technologieportal 4/5 Software entwickelt sich selbst: Gibt es das wirklich? 6/7 Innovative Gründer in der Erfolgsspur 8/9, 10/11, 13 Zuverlässig und vielfältig einsetzbar: Gassensoren 14 Pfi ffi ges Messsystem: Der Kunde und das Klima profi tieren 16 Sensoren messen dynamische Oberfl ächenspannung 19 Exzellente Forschung für neue Materialien in High-Tech-Anwendungen 21 Textilbasierte Sensoren – Kooperation macht‘s möglich 22/23 Gebündelte Kompetenz für intelligente Systeme 24/25 Europa auf dem Weg zur digitalen Industrie 26/27 TU Dresden lädt ein: Transfer week vom 9. bis 11. November 2

Imag(in)ing social networks

Rahmen Als kulturelle Leitmetapher reüssiert der Netzwerkbegriff heute im Zusammenspiel mit einer spezifischen Vorstellung: als Leitbild ist sie geprägt von Bildern, die Geflechte aus Knoten und Linien zeigen, von der Darstellung möglicher Epidemien, über Verflechtungen der Finanzmärkte bis zu Freundschafts- und Terrornetzwerken. Ob historische Studien, Gegenwartsanalysen oder Zukunftsszenarien, Erkenntnis- oder Kontrollinstrumente, die Techniken zur Erzeugung solcher Netzwerkdiagramme aus Annahmen, Erhebungsdaten oder Simulationen bauen auf gemeinsamen ästhetischen aber auch methodischen Traditionen auf. Seit den 1930er Jahren wird wissenschaftlich an der soziometrischen Vermessung und Darstellung von sozialen Strukturen gearbeitet, mit voranschreitender Digitalisierung und neuen Möglichkeiten der Informationsvisualisierung konnte ein Forschungsbereich entstehen, der mächtige Analyseinstrumente für komplexe soziale Zusammenhänge bereitstellt: Im Rahmen der Sozialen Netzwerkanalyse werden neben neuen mathematischen Methoden auch neuartige visuelle Darstellungstechniken und Interpretationsformen entwickelt. Ziele Das Projekt zielt darauf ab, Einblick in den Entstehungskontext von wissenschaftlichen Visualisierungen sozialer Netzwerke als Soziogramme zu erlangen. Sowohl die metaphorischen und sinnlichen Dimensionen der Bildakte, als auch die vielfältigen Objektivierungsstrategien am und durch das Medium der Netzwerkvisualisierung sollen von der wissenschaftlichen Praxis her beleuchtet werden. In den Blick rücken sodann ihre Performanzen als kulturspezifische Metaphern, Bilder und Modelle („imagining“) und die operativen Strategien der Sichtbarmachungen und Materialisationen („imaging“). Theoretisches und methodisches Vorgehen Die Studie orientiert sich weniger an bildwissenschaftlichen Theorien als an wissenschaftssoziologischen Ansätzen, insbesondere an Laborstudien und praxeographischen Studien, welche Wissen in die es hervorbringenden Praktiken eingebettet untersucht. Die Herausarbeitung der Handhabungen der wissenschaftlichen Bilder erfolgte auf Basis von teilnehmenden Beobachtungen in einem netzwerkanalytischen Labor, Interviews und Feedback- Befragungen, und Literaturrecherchen, sowie durch aktive Partizipation im Feld, etwa durch Vorträge und Diskussionen bei einschlägigen Konferenzen, und durch Teilnahme an Lehrveranstaltungen und Workshops zwischen 2006 und 2009. Zum Einsatz kam also ein Set aus Methoden einschließlich diskursanalytischen Kodierungs- und Auswertungsinstrumenten und ethnographischen Vorgehensweisen. Resultate Netzwerkvisualisierungen werden in der Forschungspraxis als Werkzeug, Argument und Evidenzmittel eingesetzt. Sie sind Indikatoren für die Datengüte, Exploratorien, Triangulationswerkzeuge, Kommunikationsmittel und erzeugen somit das, was sie analysieren. Die Herstellung von Wissen erscheint demnach als Gestaltungsprozess. Die Arbeit an den Diagrammen erfordert diverse Formen der Zusammenarbeit und des Wissenstransfers, die Expertise der Bildherstellung und -gestaltung muss oftmals extern beigeholt werden. Der Wille zur Gestaltung weist über die Maximierung der Lesbarkeit und die Reduktion der interpretativen Flexibilität hinaus, im Forschungsprozess mit seinen Aufmerksamkeitsökonomien kommen epistemische Bilder auch zeitgenössisch stilgerecht zum Einsatz. Ein historischer Exkurs zum zeichnerischen Entwerfen von sozialen Strukturen beleuchtet die Kulturtechnik des Knoten-Linien-Diagramms und stellt die Herausbildung der damit einhergehenden Blickkonventionen vor. Die Beobachtungen der kulturellen und körperlichen Dimensionen der wissenschaftlichen Evidenzerzeugung mittels Bildern weisen diese als ästhetische Praktiken aus. Körperlichkeit wird nicht als Automatismus ausgeblendet, sondern ist im Zusammenwirken mit instrumenteller Vermittlung sowohl als Medium, als auch als Maßstab der wissenschaftlichen Objektivierung zu begreifen. Diskussion Der epistemologisch prekäre Status der Netzwerkvisualisierungen – in der wissenschaftlichen Ausbildung wird deren Herstellung meist vernachlässigt, in der Vermittlung wird deren aufwändige Gestaltung als Informationsvisualisierung oftmals als manipulativ empfunden – kann für deren reflexive Thematisierung als Wahrnehmungs- und Gestaltungstechniken sozialer Realitäten herangezogen werden. Das Zeichnen von sozialen Strukturen birgt das Potential multiple Perspektiven auf das Soziale zu kultivieren und gesellschaftliche Selbstbeschreibungen und Leitbilder kritisch aufzubrechen. Gestaltungskompetenz sollte demnach explizit als notwendiger Bestandteil epistemischer Praktiken etabliert werden

Ein Modell zur Entwicklung neuartiger chirurgischer Eingriffe am Beispiel der Minimal Traumatischen Chirurgie

In dieser Arbeit wurde eine neuartige Methode zur interindividuellen Untersuchung anatomischer Gegebenheiten entwickelt und an der lateralen Schädelbasis zur Bestimmung der Durchführbarkeit Minimal Traumatischer Eingriffe angewendet. Das Konzept der Minimal Traumatischen Chirurgie wurde erstmals umfangreich aus sowohl medizinischer als auch technischer Sicht beschrieben. Es wurden neue Erkenntnisse gewonnen, die für eine Umsetzung der Minimal Traumatischen Chirurgie von wichtig sind

“The Bard meets the Doctor” – Computergestützte Identifikation intertextueller Shakespearebezüge in der Science Fiction-Serie Dr. Who.

A single abstract from the DHd-2019 Book of Abstracts.Sofern eine editorische Arbeit an dieser Publikation stattgefunden hat, dann bestand diese aus der Eliminierung von Bindestrichen in Überschriften, die aufgrund fehlerhafter Silbentrennung entstanden sind, der Vereinheitlichung von Namen der Autor*innen in das Schema "Nachname, Vorname" und/oder der Trennung von Überschrift und Unterüberschrift durch die Setzung eines Punktes, sofern notwendig

Interaktives, webbasiertes 3D-Informationssystem für den Heidelberger Universitätscampus

Die Arbeit thematisiert das bauliche Abbild und die Entwicklung des Heidelberger Universitätscampus. Im Mittelpunkt stehen zum einen die Schaffung eines virtuellen, dreidimensionalen Computermodells des Untersuchungsgebiets und zum anderen die Konzeption und Implementierung eines raum-zeitlichen Informationssystems, das den Universitätscampus zum Inhalt hat. Neben den drei Dimensionen des Raums wird als vierte Dimension die Zeit integriert. Dies erlaubt die Abbildung zukünftiger und historischer Planungen. Das 3D-Modell basiert auf aktuellen digitalen und historischen analogen Quellen sowie auf umfangreichen eigenen Erhebungen. Die digitale Prozesskette zur Erfassung, Verarbeitung und Verwaltung der Daten ist so konzipiert, dass eine möglichst breite Verwendung der Inhalte gewährleistet ist. Für die Schaffung des 3D-Modells wird ein Konzept verfolgt, welches dessen Einsatz für unterschiedlichste Anwendungszwecke gestattet. Das raum-zeitliche Informationssystem ist so gestaltet, dass dem Nutzer ein ubiquitärer, interaktiver Zugriff auf das 3D-Modell und den damit verknüpften thematischen Daten ermöglicht wird. Das Informationssystem wird über das Internet bereitgestellt und besitzt den immersiven Charakter einer Virtual Reality Umgebung. Der funktionale und inhaltliche Umfang des Systems bezieht formell in den städtebaulichen Planungsprozess involvierte Akteure wie Stadtplaner und Architekten ebenso ein wie die an Planungspartizipation und allgemeinen, raumbezogenen Informationen interessierte breite Öffentlichkeit. Die Implementierung des interaktiven, webbasierten 3D-Informationssystems basiert auf international standardisierten, nicht-proprietären Softwaretechnologien

WebTed : ein System für Webbasierte Telediagnostik

Es wird das WebTed-System für webbasierte Telediagnostik vorgestellt. Es unterstützt drei Aspekte der Telepathologie: statische, dynamische und quantitative Telepathologie. Statische Telepathologie wird für Expertenkonsultationen eingesetzt. Mit einem Webbrowser werden klinische Daten und Bilder zu einem Fall durch einen Referenten auf einem Server abgelegt. Ein auf dem Server abgelegter Fall wird entweder durch einen einzelnen Konsultanten befundet oder durch mehrere Experten gemeinsam in einer Konferenzsitzung. Nachteil dieser Telepathologie ist die feste Vorgabe der Ausschnitte eines Präparats. Diesen Nachteil behebt die dynamische Telepathologie. Der Konsultant bedient ein ferngesteuertes Mikroskop und hat selber die Kontrolle über die Bildselektion. Dabei lassen sich alle wesentlichen Funktionen des Mikroskops wie z.B. Fokus, Objektiv und Licht ferngesteuert bedienen. Zweck der quantitativen Telediagnostik ist die Bestimmung von Parametern zur Beschreibung von Gewebestrukturen wie z.B. der Zellmorphologie (Form, Struktur, Verteilung, Häufigkeit) oder molekularbiologischen Parametern (Aktivität des H19 Gens), die zu einer Objektivierung der Diagnose beitragen: Die Bestimmung dieser Parameter wird vollautomatisch vom Computer durchgeführt und ist deshalb nicht durch die Subjektivität eines Pathologen beeinflußbar. Als Client wird ein vom Webserver heruntergeladenes Java Applet verwendet, mit dem man Zugriff auf die statische, dynamische und quantitative Telepathologie hat. Auf dem Server wird eine SQL-Datenbank zur Speicherung von Daten zu Bildern und Fällen eingesetzt, ein Konferenzserver koordiniert den Datenaustausch zwischen den Clients während der Onlinekonsultationen, ein CORBA ORB stellt ein Modul zur Fernsteuerung eines Mikroskops für die dynamische Telepathologie bereit, und die Bildverarbeitungskomponente wird für die quantitative Analyse der Bilddaten im Rahmen der quantitativen Telepathologie eingesetzt