Projektbeirat "Stadt behutsam weiterbauen im Blankenburger Süden"

PROJEKTBEIRAT "STADT BEHUTSAM WEITERBAUEN IM BLANKENBURGER SÜDEN" Projektbeirat "Stadt behutsam weiterbauen im Blankenburger Süden" (Rights reserved) ( -

Technologien für den Aufbau von Stadtinformationssystemen auf AR-Basis (Abstract)

Heute zeichnen sich innovative Technologien für die Präsentation und Standortinformation durch mehr aus als nur die rein virtuelle Modellierung von Objekten und Szenarien. An Visualisierungen wird der Anspruch gestellt, intuitives und zielgerichtetes Agieren der User zu unterstützen, komplexe Vorgänge in 3D-Welten zu erfassen und für den Benutzer leicht nutzbar zu machen. Eine neue Stufe des Umgangs zwischen Mensch und Technik ermöglicht die Erweiterte Realität (Augmented Reality, AR), die eine Kombination von realer und virtueller Umgebungen favorisiert. Dabei werden dem Nutzer computergenerierte Informationen perspektivgerecht in das Bild der realen Welt eingeblendet AR-Technologien zu entwickeln kann demnach auch bedeuten, virtuelle handmodellierte Welten in fotobasierte Objekte zu implementieren bis hin zum Ersatz virtueller Modelle durch fotobasierte Modelle. [... aus dem Text

Neue Techniken in der Bestandserfassung

Die digitale Unterstützung der Planungsprozesse ist ein aktueller Forschungs- und Arbeitsschwerpunkt der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) und der Juniorprofessur Architekturinformatik der Fakultät Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Verankert in dem DFG Sonderforschungsbereich 524 >Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken< entstehen Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung. Als ein Teilaspekt wird in diesem Beitrag gezeigt, wie das Handaufmaß unter Einsatz modernen taktiler Erfassungsmethoden eine ganz neue Bedeutung für die Datenerfassung gewinnen kann. Das Potenzial der verschiedenen Verfahren zur Koordinatenbestimmung mit taktilen Werkzeugen wird evaluiert. Daraus wird eine Strategie entwickelt, die für die unterschiedlichen Notwendigkeiten im Planungsfortschritt den optimierten Einsatz der taktilen Erfassung in Kombination mit klassischen Erfassungsmethoden aufzeigt. Die Realisierbarkeit eines derartigen Konzeptes wird durch Fallstudien und mögliche Ablaufszenarien für einzelne Verfahren nachgewiesen. Durch die Integration taktiler Messverfahren in die Bestandserfassung kann erreicht werden, dass - relevante (Geometrie-) Informationen in ein umfassendes Bauwerksmodell integriert werden können, - die Bauaufnahme wieder im direkten Kontakt zum Bauaufnahmeobjekt erfolgen kann und - die Verfahren so einfach und leicht von allen Beteiligten eingesetzt werden können, um die Bauaufnahme und die Planung wieder miteinander zu verzahnen

Vergleichende Visualisierung neurovaskulärer Kompressionssyndrome bei 1,5 und 3,0 Tesla Magnetresonanztomographie

1 Zusammenfassung 1.1 Hintergrund und Ziele Neurovaskuläre Kompressionssyndrome sind pathologische hyperaktive Funktionsstörungen von Nerven, die durch Kompression der Hirnnerven durch Gefäße verursacht werden. Als Kompression bezeichnet man den pathologischen Kontakt von Nerv und Gefäß entlang des Nervenstranges, der sich an verschiedenen Stellen bilden kann. Entscheidend sind nicht nur die Kompression an sich, sondern auch die dauerhaften, pulsatilen Signale des Gefäßes an bestimmten sensiblen Stellen der Nervenstrecke. Bei diesen empfindlichen Regionen handelt es sich um Stellen, die sich meistens hirnstammnah befinden und eine geringe Myelinumhüllung aufweisen. Diese pathologischen Kontakte findet man an der Nervenwurzeleintrittszone, Nervenwurzelaustrittszone und an anderen Stellen. Beteiligt sind meistens die A. vertebralis, die A. basilaris, die A. anterior inferior cerebri, die A. posterior inferior cerebri, die A. posterior cerebelli, und die A. superior cerebelli, aber auch in einigen Fällen Venen, die entlang oder sogar durch die Hirnnerven verlaufen35. Als Folge dieser Kompression entstehen venöse oder arterielle Durchblutungsstörungen oder neurologische Reizerscheinungen. Zu den neurovaskulären Kompressionssyndromen gehören Krankheitsbilder wie die Trigeminusneuralgie, die Glossopharyngeusneuralgie und der Spasmus Hemifazialis. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Unterschieden zwischen 3D-Visualisierungen von 1,5 und 3,0 Tesla Daten für die Darstellung neurovaskulärer Kompressionssyndrome. Hierfür wurden die erstellten Visualisierungen sowohl vor Bearbeitung mit Methoden der Bildverarbeitung als auch danach miteinander verglichen. Die 3D-Visualisierungen wurden bezüglich der Darstellung der neurovaskulären Kompression und der Bildqualität ausgewertet. Es ist die erste Arbeit, die dreidimensionale Visualisierungen von 1,5 und 3,0 Tesla Daten bei Patienten mit neurovaskulären Kompressionssyndromen vergleicht, sowie die Bildverarbeitung und die Bildqualität abhängig vom Auftreten bestimmter Artefakten evaluiert. 1.2 Methoden In dieser Arbeit wurden insgesamt 25 Patienten eingeschlossen, die in der Neurochirurgischen Klinik des Universitätsklinikum Erlangen untersucht wurden (n=19 Trigeminusneuralgie, n=1 Glossopharyngeusneuralgie und n= 5 Spasmus Hemifazialis). Bei allen Patienten erfolgten Magnetresonanztomographie-Messungen mit 1,5 und 3,0 Tesla, wobei die Aufnahmeprotokolle TOF und die stark T2 gewichtete CISS-Sequenz angewendet wurden. Die Bilddaten wurden mittels Methoden der Bildverarbeitung, wie Segmentierung, Registrierung und Fusion bearbeitet, um dreidimensionale Visualisierungen zu erstellen und die pathologischen Kontakte und anatomischen Auffälligkeiten darzustellen. Durch Segmentierung wurden die anatomischen Strukturen voneinander abgegrenzt. Mit Registrierung wurden die Bilddaten so aufeinander abgebildet, so dass sie im nächsten Schritt fusioniert werden konnten. Am Ende erfolgte eine Optimierung, d.h. eine manuelle Verbesserung der Segmentierung. Mit Volumenvisualisierung wurden die dreidimensionalen Darstellungen erstellt, so dass die Ergebnisse von der 1,5 und 3,0 Tesla verglichen werden konnten. Mittels eines Punktevergabesystems wurde die Auswertung der Volumendaten bei 1,5 und 3,0 Tesla durchgeführt. Die erstellten 3D-Visualisierungen wurden sowohl vor, als auch Anwendung der Bildverarbeitung analysiert und verglichen. 1.3 Ergebnisse und Beobachtungen Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Fusion der Daten die Beeinträchtigung der 3D-Darstellung durch Flussartefakte vor allem bei den großen Gefäßen signifikant verbessern lässt. Die Optimierung brachte sowohl bei den fusionierten als auch bei den nicht fusionierten Visualisierungen eine vergleichsweise geringfügigere Verbesserung in der Bewertung, eliminierte jedoch die Pulsationsartefakte, was die Bildqualität positiv beeinflusst. Der Vergleich der 3D-Darstellungen ergab, dass mit den 1,5 Tesla Daten bessere Ergebnisse erzielt werden können, wenn nur die CISS-Daten verwendet werden. Wurden jedoch die CISS- und TOF-Daten im Rahmen der Bildverarbeitung fusioniert, kam es bei den 3,0 Tesla Daten zu verbesserten Ergebnissen in der Bewertung, auf Grund der Unterdrückung der Flussartefakte bei den großen Gefäßen. Wurde zusätzlich die Segmentierung der fusionierten Bilddaten manuell optimiert, konnten die verbliebenen Einschränkungen durch die wenigen Pulsationsartefakte vollständig eliminiert werden. Der Vergleich der 3D-Visualisierung von fusionierten und optimierten 1,5 und 3,0 Tesla Daten führte bei den 3,0 Tesla Daten zu den besten Ergebnissen in der Bewertung. Auf Grund einer klareren Wiedergabe von Gefäßen und Nerven war der erforderliche zeitliche Aufwand für die Bildverarbeitung und 3D-Visualisierung bei den 3,0 Tesla Daten geringer als bei den 1,5 Tesla Daten. 1.4 Praktische Schlussfolgerungen Durch den Prozess der Bildverarbeitung und 3D-Visualisierung können hirnstammnahe Beziehungen der Anatomie sauber und detailliert reproduziert werden. Abhängig vom Krankheitsbild und den betroffenen Gefäßen kann die Magnetfeldstärke bestimmt werden, die optimal geeignet ist. Die fusionierten, optimierten 3,0 Tesla 3D-Visualisierungen sind ein ideales Werkzeug, um die anatomischen Zusammenhänge bei neurovaskulären Kompressionssyndromen noch genauer abzubilden und zu verstehen. Die Kompressionssyndrome sind für die Patienten ein sehr belastendes Krankheitsbild. Eine erfolgreiche und komplikationsarme Therapiemöglichkeit ist die operative Behandlung nach Jannetta. Die Erkenntnisse dieser Arbeit sind eine hilfreiche Unterstützung, NVC sicher zu diagnostizieren und die prä- und intraoperativen Planung zu optimieren.2 Summary 2.1 Background and Goals Neurovascular compression syndromes are pathological hyperactive disorders of nerves caused by compression of the cranial nerves of vessels. Compression is the pathological contact of the nerve and the vessel along the nerve cord, which can develop at various points. Crucial are not only the compression itself, but also the permanent, pulsatile signals of the vessel at certain sensitive parts of the nerve path. These sensitive regions are sites that are mostly close to the brain stem and have a low myelin envelope. These pathological contacts are found at the nerve root entry zone, nerve root exit zone and elsewhere. Involved are mostly the A. vertebralis, the A. basilaris, the A. anterior inferior cerebri, the A. posterior inferior cerebri, the A. posterior cerebelli, and the A. superior cerebelli, but also in some cases veins that go along or even through the cranial nerves35. As a result of this compression arise venous or arterial circulatory disorders or neurological irritation. Neurovascular compression syndromes include diseases such as trigeminal neuralgia, glossopharyngeal neuralgia, and spasm hemifacialis. This thesis deals with the differences between 3D visualizations of 1.5 and 3.0 Tesla data for the presentation of neurovascular compression syndromes. For this purpose, the created visualizations were compared with each other before processing with methods of image processing and afterwards. The 3D visualizations were evaluated for the presentation of neurovascular compression and image quality. It is the first work that compares three-dimensional visualizations of 1.5 and 3.0 Tesla data in patients with neurovascular compression syndromes, and evaluates image processing and image quality depending on the appearance of specific artifacts. 2.2 Methods In this work, a total of 25 patients were enrolled in the Department of Neurosurgery of the University Hospital Erlangen (n = 19 trigeminal neuralgia, n = 1 glossopharyngeal neuralgia and n = 5 spasm hemifacialis). All patients underwent magnetic resonance imaging measurements at 1.5 and 3.0 Tesla using the TOF recording protocol and the highly T2 weighted CISS sequence. The image data was processed using image processing techniques such as segmentation, registration and fusion to create three-dimensional visualizations and depict pathological contacts and anatomical abnormalities. By segmentation, the anatomical structures were delineated from each other. With registration, the image data were mapped onto each other so that they could be fused in the next step. In the end, optimization, i.e. manual improvement of the segmentation, was done. With volume visualization, the three-dimensional representations were created so that the results of 1.5 and 3.0 Tesla could be compared. By means of a scoring system, the evaluation of the 3D visualizations at 1.5 and 3.0 Tesla was performed. The generated 3D visualizations were analyzed and compared both before and after using the image processing. 2.3 Results and Observations It has been shown that the impairment of 3D visualization by flow artifacts can be significantly improved by the fusion of the data, especially in the large vessels. Optimization provided a comparatively minor improvement in the score for both fused and unfused visualizations, but eliminated pulsation artifacts, which positively affected image quality. The comparison of the 3D representations showed that with the 1.5 Tesla data, better results can be achieved if only the CISS data is used. However, when the CISS and TOF data were fused as part of image processing, the 3.0 Tesla data showed improved evaluation results due to the suppression of flow artifacts in the large vessels. In addition, if the segmentation of the fused image data was optimized manually, the remaining limitations due to the few pulsation artifacts could be completely eliminated. The comparison of the 3D visualization of fused and optimized 1.5 and 3.0 Tesla data led to the best results in the evaluation of the 3.0 Tesla data. Due to a clearer reproduction of vessels and nerves, the time required for image processing and 3D visualization for the 3.0 Tesla data was lower than for the 1.5 Tesla data. 2.4 Practical Conclusions Through the process of image processing and 3D visualization, brainstem-related anatomical relationships can be reproduced clearly and in detail. Depending on the clinical picture and the affected vessels, the magnetic field strength can be determined, which is optimal. The fused and optimized 3.0 Tesla 3D visualizations are an ideal tool to more accurately map and understand the anatomical relationships in neurovascular compression syndromes. The compression syndromes are a very distressing clinical picture for the patients. A successful and low-complication therapy option is microvascular decompression according to Jannetta. The findings of this work are helpful in helping diagnose NVC safely and optimize pre- and intraoperative planning

Ubiquitous Navigation

Ortsbezogene Dienste (Location-based Services, LBS) sind in den letzten Jahren durch die weite Verfügbarkeit von GPS zu einem Massenphänomen gewachsen. Insbesondere für die Steuerung von mobilen Endgeräten wird mehr und mehr Kontextinformation hinzugenommen, da sowohl die Bedienbarkeit als auch die Informationsdichte auf den kleinen Smartphones im Kontrast zur Informationsfülle des Internets stehen. Daher werden vielfach Dienste nicht mehr allein auf der Nutzereingabe basierend erbracht (reaktiv), sondern bieten dem Nutzer relevante Informationen vollautomatisch und kontextabhängig (proaktiv) an. Durch die proaktive Diensterbringung und ortsbezogene Personalisierung wird die Benutzbarkeit der Dienste verbessert. Leider kann man derzeit solche Dienste nur außerhalb von Gebäuden anbieten, da zum Einen kein einheitliches und günstiges Positionierungssystem verfügbar ist, und zum Anderen die notwendigen Kartendaten nicht vorliegen. Vor allem bei den Kartendaten fehlt es an einfachen Standards und Tools, die es dem Eigentümer eines Gebäudes ermöglichen, qualitativ hochwertige Kartendaten zur Verfügung zu stellen. In der vorliegenden Dissertation werden einige notwendige Schritte zur Ermöglichung ubiquitärer und skalierbarer Indoornavigation vorgestellt. Hierbei werden die Themenfelder Positionierung, Modellierung und Kartographie, sowie Navigation und Wegfindung in einen umfassenden Zusammenhang gestellt, um so eine tragfähige, einfache und skalierbare Navigation zu ermöglichen. Zunächst werden einige Verbesserungen an Terminal-basierten WLAN-Indoorpositionierungssystemen vorgeschlagen und diskutiert, die teils auf der Verwendung neuer Sensorik aktueller Smartphones basieren, und teils auf der Verwendung besonders kompakter Umgebungsmodelle auf mobilen Endgeräten. Insbesondere werden Verfahren vorgeschlagen und evaluiert, mit denen sich aus typischen CAD-Daten mit geringem Bearbeitungsaufwand die notwendigen Zusatzinformationen für eine flächendeckende Indoornavigation modellieren lassen. Darüber hinaus werden Methoden untersucht, die diese semantischen Erweiterungen teil- bzw. vollautomatisch aus Zeichnungen extrahieren können. Ausgehend von dem Ziel, flächendeckende Navigation basierend auf CAD-Daten zu ermöglichen, stößt man auf das Problem, eine Menge an interessanten Punkten so zu ordnen, dass der Reiseweg kurz ist.Dieses Problem ist mit dem NP-vollständigen Travelling-Salesman-Problem verwandt. Allerdings ist die geometrische Situation in Gebäuden derart komplex, dass sich die meisten derzeit bekannten heuristischen Lösungsalgorithmen für das Travelling-Salesman-Problem nicht ohne Weiteres auf die Situation im Inneren von Gebäuden übertragen lassen. Für dieses Problem wird ein heuristischer Algorithmus angegeben, der in linearer Laufzeit kleinere Instanzen des Problems mit akzeptablen Fehlern lösen kann. Diese Verfahren wurden im Rahmen eines Projekts mit dem Flughafen München erarbeitet und umgesetzt. In diesem Projekt sollten die ungelösten Probleme einer bereits existierenden kleinflächigen Demonstrator-Implementierung eines Fluggastinformationssystems gelöst werden. Auf diesen Algorithmen und Verfahren basiert die Navigationskomponente des Fluggastinformationssystems InfoGate, das die flächendeckende Navigation in den Terminals des Flughafen München mit verteilten Anzeigesystemen ermöglicht und seit dem 6. Juni 2011 im Produktivbetrieb ist. So konnten die Verfahren dieser Arbeit in einer real existierenden, komplexen Umgebung evaluiert werden

Räumliche Visualisierung und Kolokalisation von Proteinen in ceramidreichen Domänen

Das Clustering von Rezeptor- und Signal-Molekülen (wie CD95 oder CD40) innerhalb ceramidreicher Membran-Domänen führt zu sehr hohen Dichten dieser Proteine. Hierdurch werden die Aktivierung entsprechender Enzyme, der Ausschluss hemmender Moleküle und/oder die Gewinnung weiterer Signal-Moleküle erleichtert, um das entsprechende Signal des Rezeptors in die Zellen zu übertragen. Bis heute sind die Mechanismen des Rezeptor-Clusterings nicht entschlüsselt und die genaue Verteilung von Proteinen innerhalb ceramidreicher Domänen unbekannt. Daher wurden unter Zuhilfenahme eines Laser-Scanning-Mikroskops Schichtbilder aus Zellproben von JY-Zellen erzeugt, die mit Fluoresceinisothiocyanat (FITC)-gekoppelten anti-Ceramid- und Cy3-markierten anti-CD95-Antikörpern gefärbt waren. Aus dem Bildmaterial konnten nach der Bildvorverarbeitung mittels geeigneter Filter zur Kontrastverbesserung und Rauschunterdrückung räumliche Modelle mit Hilfe angepasster Verfahren des Volumerenderings und der Oberflächenrekonstruktion generiert werden. Die erzeugten interaktiven Visualisierungen unterstützten die räumliche Analyse, und es konnte für den verwendeten Zelltyp (JY-Zellen) eine räumliche Darstellung der Ceramid- und CD95-Verteilungen sowie deren Kolokalisationen erstmals gezeigt werden. Durch erweiterte und eigens entwickelte, evaluierte Methoden (Produktintensität, Binärisierung) sowie die räumliche Anwendung der Kreuzkovarianzfunktion (KKF) konnte die Bestimmung des qualitativen Kolokalisationsgrades vereinfacht werden. Ferner konnten räumliche Fluorogramme erzeugt werden, aus denen ein neuartiges, alternatives Verfahren (Absolut-Delta-Koeffizient) zu den ebenso räumlich angewandten Standardverfahren zur quantitativen Kolokalisationsbestimmung abgeleitet wurde. Die resultierenden Werte der Kolokalisationsanalyse bestätigten das bedeutsame Mitwirken des Ceramids an dem CD95-Clustering. Insgesamt verbesserte die eigens entwickelte Software das Verständnis über den Prozess des CD95-Clusterings, und wurde generisch konzipiert, um für weiterführende Arbeiten eingesetzt werden zu können

Effektive Informationsvisualisierung in digitalen Informationssystemen bei hoch-heterogener Daten- und Datenquellendichte

Die vorliegende Masterarbeit analysiert die Problematiken effektiver grafischer Repräsentationen in digitalen Informationssystemen, die mit besonders hoherund dynamischer Datendichte und Datenquellen einhergehen. Anschließend an die Analyse der Problematiken erarbeitet der Autor dieser Forschungsarbeit ein konzeptuelles Modell zur Bewältigung der geschilderten Problematiken, auf Basis von semantisch beschriebenen, wiederverwendbaren grafischen Visualisierungselementen und den ebenfalls semantisch beschriebenen in die Visualisierung zu überführenden Daten. Besonders hervorzuhebende Erkenntnisse dieser Masterarbeit sind die Identifikation von Qualitätskriterien zur Zielführung einer effektiven Visualisierung gemäß der visuellenWahrnehmung des menschlichen kognitiven Systems, die Notwendigkeit zur Erweiterung der Vokabularmenge der schema.org-Ontologie zur Anwendung der identifizieren Qualitätskriterien und das Auffinden geeigneter Visualisierungselemente sowie das Zuordnen der Daten zu entsprechenden Visualisierungselementen über den Aufbau und Vergleich einer Baumstruktur für sowohl die Daten als auch die der Visualisierungselemente. Diese Forschungsarbeit ist von besonderer Relevanz für Entscheider, Projektmanager und Softwareentwickler, die digitale Informationssysteme mit einer hohen Anzahl an heterogenen Datensätzen und Datenquellen entwickeln