Rekonstruktion der Kortexoberfläche aus Magnetresonanztomogrammen unter besonderer Berücksichtigung tiefer Furchenstrukturen

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist das derzeit wohl führende Instrument zur in-vivo-Aufklärung der Morphologie des menschlichen Gehirns. Die von einem MRT-Scanner gelieferten Bilddaten sind aber nicht unmittelbar automatischen Auswertverfahren zugänglich, sondern müssen zunächst komplexen Bilderkennungsverfahren unterworfen werden. In dieser Arbeit wird ein neuartiges Verfahren zur Rekonstruktion des Kortex vorgeschlagen. Obwohl gegenwärtig in diesem Bereich vor allem statistische Segmentierverfahren zum Einsatz kommen, wurde hier ein primär geometrischer Ansatz gewählt, der in der Lage ist, auch tiefe und enge Furchenstrukturen sicher aufzulösen, deren Grauwertverlauf, bedingt durch Partialvolumeneffekt und Bildstörungen, statistischen Klassifizierern kaum Möglichkeiten zur eindeutigen Abgrenzung zwischen grauer Hirnsubstanz und Liquorraum bietet

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

Konzeption und Realisierung eines Datenmodells und Interaktionskomponenten für tubuläre Strukturen in MITK

Eine der zentralen Aufgaben der medizinischen Bildverarbeitung ist es, den Arzt durch neue oder verbesserte Methoden zur Diagnostik und Therapieplanung bei medizinischen Entscheidungs- und Behandlungsprozessen zu unterstützen. Für viele Fragestellungen in der Medizin sind Untersuchungen von Gefäÿsystemen oder anderen tubulären Strukturen erforderlich. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Konzipierung und der Realisierung eines generischen Datenmodells für tubuläre Strukturen. Für die Darstellung dieser Strukturen wurde eine neue Visualisierungsmethode implementiert. Zudem wurden allgemein verwendbare und benutzerfreundliche Interaktionskomponenten entwickelt, die die Exploration, die Modikation, die Attributierung sowie die Analyse der modellierten Systeme ermöglichen