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Biomedical Image Registration by means of Bacterial Foraging Paradigm
Image registration (IR) is the process of geometric overlaying or alignment f two or more 2D/3D images of the same scene (unimodal registration), taken r not at different time slots, from different angles, and/or by different image acquisition ystems (multimodal registration). Technically, image registration implies complex optimization of different parameters, performed at local or/and global evel. Local optimization methods often fail because functions of the involved metrics ith respect to transformation parameters are generally nonconvex and irregular, and lobal methods are required, at least at the beginning of the procedure. This paper resents a new evolutionary and bio-inspired robust approach for IR, Bacterial Foraging ptimization Algorithm (BFOA), which is adapted for PET-CT multimodal nd magnetic resonance image rigid registration. Results of optimizing the normalized utual information and normalized cross correlation similarity metrics validated he efficacy and precision of the proposed method by using a freely available medical mage database
Computergestützte Visualisierung eines human-embryonalen Gehirns
In der vorliegenden Arbeit wurde das 3-D-Modell des Gehirns eines frühen humanen Embryos angefertigt,
des Weiteren eine 3-D-Software entwickelt, die es erlaubt, das Modell in Echtzeit
manipulierbar darzustellen und es schließlich vollwertig stereoskopisch betrachten zu können. Diese
Software wird Studierenden auf dem Server des Leibniz-Rechenzentrums zur Verfügung gestellt.
Damit können sie am eigenen Rechner virtuelle 3-D-Modelle, die am Lehrstuhl III der
Anatomischen Anstalt erarbeitet und bereit gestellt werden, plastisch (auch stereoskopisch)
studieren. So besteht in Zukunft die Möglichkeit, die embryonale Entwicklung mit zeitgemäßen
Methoden leicht verständlich zu veranschaulichen.
Dem 3-D-Modell diente als Quellmaterial eine Schnittserie aus 574 Schichten eines
menschlichen Embryos im Carnegie-Stadium 18. Die Schichten wurden über ein Mikroskop
digitalisiert und am Computer wieder räumlich zueinander ausgerichtet. Um die ursprünglichen
anatomischen Verhältnisse trotz der verzerrten Schnitte mit dem kommerziell verfügbaren
Programm AmiraDev 3.0 möglichst korrekt herzustellen, wurde dieser elementare aber komplizierte
Schritt durch selbst entwickelte Techniken unterstützt und sichtbar verbessert. Im so entstandenen
Bilderstapel wurde das Gehirn markiert und dann zum virtuellen Modell trianguliert.
Die hier entwickelte 3-D-Software erlaubt es, das willkürlich drehbare 3-D-Modell sowie andere
Rekonstruktionen am Rechner anzuzeigen. Eine frei wählbare Schnittebene und die Transparenzfunktion
geben Aufschluss über den inneren Aufbau des 3-D-Modells, z. B. über das Ventrikelsystem.
In der Programmiersprache C++ wurden hocheffiziente, handoptimierte Bibliotheken für
lineare Algebra und Computergrafik entwickelt, die eine ruckfreie Betrachtung ermöglichen. Im
Hinblick auf Effizienz, Erweiterbarkeit und Fehlervermeidung wurde auf ein wohl überlegtes
Software-Design mit sicherer Semantik Wert gelegt.
Auch wenn ein virtuelles 3-D-Modell bereits einen besseren räumlichen Eindruck als eine plane
Abbildung verschafft, kommt eine echte Tiefenwirkung erst durch stereoskopische Darstellung
zustande. Diese wurde lege artis als asymmetrische perspektivische Projektion so implementiert,
dass sie unkompliziert auf Tastendruck genutzt werden kann. Die ausgereifte Software beherrscht
das Anaglyphenverfahren (Rot-Grün-Brille) genauso wie auch aufwendigere Projektionsverfahren.
Die Arbeit stellt darüber hinaus in kurzer Form die für die Programmentwicklung relevanten
mathematischen Grundlagen dar. Ferner wird ein Überblick über die im Internet verfügbaren, teils
kommerziell vertriebenen Datensätze – speziell zur Embryologie – gegeben und das selbst
entwickelte Darstellungsmodell mit seinen Vorteilen und den (selbst auferlegten) Beschränkungen
in dieses Bezugssystem eingeordnet