Ergebnismodellierung und Qualitätskontrolle kraniofazialer Operationen auf Basis optischer Messtechnik

The goal of the present thesis is to develop methods for modeling and for a quantitative comparison of facial surfaces, including the position of the eyeglobe, based on optical 3d-metrology. In maxillofacial surgery it is important to regain function and an esthetical facial appearance. Esthetics is hereby closely related to symmetry and therefore the surgeon intends to reconstruct the face symmetrically. The assessment of the symmetry of the postoperative facial surface is often performed visually by the surgeon. This thesis presents an objective method for the determination of the facial symmetry plane starting from an optical 3d-measurement of the facial surface. The basic idea is to mirror the original facial surface at an arbitrary plane and to register these two data sets afterwards. Based on the registered data sets the symmetry plane is computed. This method can even be applied to partially asymmetrical faces. Hereby the symmetry plane is given by the remaining symmetrical parts of the face. An objective symmetry measure of the face is obtained by performing a quantitative comparison of the mirrored face and the original face. Moreover a nominal facial surface can be modeled for patients with one half of the face being intact. The nominal surface for the non-intact half of the face is given by the mirror image of the intact half at the facial symmetry plane. In the same way, the nominal position of a displaced eyeglobe can be determined. Postoperatively it is important to investigate the degree of correspondence between the actual facial surface and the desired nominal one by a quantitative comparison of the two surfaces. Another application is to determine the changes of the postoperative facial surface in comparison to the preoperative one. Commonly, this comparison is performed based on 2d-photographs or radiographs. Using optical metrology we obtain 3d-information about the whole soft tissue surface. The quantitative comparison of the facial surfaces is performed by computing the distances and the volume between them. The results are visualized for the surgeon. The advantage of the developed method compared to the standard method is that the computed distances and volumes are almost independent of the choice of the reference mesh proving its commutativity. Finally, patients with a zygomatic fracture are considered. A zygomatic fracture is very often associated with a malposition of the eyeglobe. Therefore it is necessary to examine the position of the displaced eyeglobe of these patients. It suffices to determine the relative eyeglobe position along the optical axis of the intact eye. Commonly, the relative eyeglobe position is determined with the help of a mechanical instrument called Hertel exophthalmometer or based on a CT measurement. The disadvantage using the Hertel exophthalmometer is that the instrument is in contact with the facial surface during the measurement. Therefore asymmetrical swellings or fractures can cause measurement errors. One disadvantage of the CT measurement is that the patient is exposed to radiation. Therefore postoperative measurements are performed only exceptionally. The new method presented in this thesis is based on an optical 3d-measurement. Hereby the 3d-information of the facial surface, including the eyeglobe, is acquired contact-free without exposing the patient to radiation. Another advantage of the presented method is that the relative eyeglobe position can be determined automatically and in an objective way. Moreover the nominal eyeglobe position is obtained by mirroring the intact eyeglobe position at the facial symmetry plane. Finally, the optical measurement can be performed intraoperatively. Therefore it is possible to support the surgeon intraoperatively by a nominal-actual comparison of the eyeglobe position.Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Methoden zur Modellierung und dem quantitativen Vergleich von Gesichtsoberflächen, einschließlich der Augapfelposition, aus optisch gewonnenen dreidimensionalen Messdaten. Gerade bei Operationen im Gesichtsbereich ist es wichtig, dass neben der Funktion auch die Ästhetik wiederhergestellt wird. Der Chirurg ist deshalb bestrebt, das Gesicht möglichst symmetrisch zu rekonstruieren. Die Beurteilung der Symmetrie erfolgt bisher meist rein visuell durch den Chirurgen und ist somit subjektiv geprägt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine objektive Methode zur Bestimmung der Gesichtssymmetrieebene, ausgehend von einer optischen 3D-Messung der Gesichtsoberfläche, entwickelt. Die Kern­idee bei der Symmetrieebenenbestimmung liegt in der Rückführung auf ein Registrierungsproblem. Die Originalgesichtsoberfläche wird mit einem Spiegelbild, das durch Spiegelung an einer beliebigen Ebene gewonnen wurde, registriert, d.h. bestmöglich zur Deckung gebracht. Mit dieser Methode kann auch in Patientengesichtern, die asymmetrische Teilbereiche enthalten, die Symmetrieebene rekonstruiert werden. Ein quantitativer Vergleich des Spiegelbildes mit dem Originalgesicht liefert ein objektives Symmetriemaß des Gesichtes. Liegt nur ein einseitiger Gesichtsdefekt vor, kann durch Spiegelung der intakten Gesichtshälfte an der Symmetrieebene das Sollgesicht modelliert werden. Dies gilt auch insbesondere für die Position des Augapfels. Nach einer Operation ist von Interesse, ob das gewünschte Ergebnis erzielt wurde. Dies kann durch einen quantitativen Vergleich der postoperativen Gesichtsoberfläche mit der modellierten Sollgesichtsoberfläche festgestellt werden. Ebenso von Interesse ist die quantitative Erfassung von Veränderungen der postoperativen Gesichtsoberfläche gegenüber der präoperativen Gesichtsoberfläche. Standardmäßig erfolgt ein Vergleich der Gesichtsoberflächen meist nur anhand von 2D-Fotografien oder Röntgenbildern. Mit dem optischen Sensor wird die Gesichtsoberfläche hingegen dreidimensional und ohne Strahlenbelastung für den Patienten erfasst. Der quantitative Vergleich der Gesichtsoberflächen erfolgt durch Berechnung und Visualisierung der Abstände zwischen den beiden Oberflächen und dem eingeschlossenen Volumen. Der Vorteil der entwickelten Methode im Vergleich zum Standardverfahren liegt darin, dass die berechneten Abstände und Volumina nahezu unabhängig von der Wahl des Referenznetzes sind und somit die Kommutativität der Abstands- und Volumen­berechnung nahezu vollständig erfüllt ist. Bei Patienten mit einer Fraktur des Jochbeins und des zugehörigen Augenhöhlenbodens liegt häufig eine Verlagerung des Augapfels vor. Deshalb wird bei diesen Patienten die Position der Augäpfel kontrolliert. Dabei ist es ausreichend, die relative Augapfelposition entlang der optischen Augenachse zu bestimmen. Standardmäßig erfolgt die Bestimmung der relativen Augapfelposition entweder mit einem mechanischen Instrument, das auf die Gesichtsoberfläche aufgesetzt wird oder anhand von CT-Daten. Der Nachteil des ersten Verfahrens besteht v.a. darin, dass einseitige Weichgewebeschwellungen oder Knochenverlagerungen im Augenbereich zu Fehlern in der Positionsbestimmung des Augapfels führen. Bei der Bestimmung der Augapfelposition aus Computertomographiedaten liegt ein großer Nachteil in der Strahlenbelastung für den Patienten. Deshalb wird diese Methode postoperativ nur in Ausnahmefällen eingesetzt. Bei der neu entwickelten Methode wird die relative Augapfelposition ausgehend von einer optischen Messung bestimmt. Damit steht dem Arzt eine berührungslose, für den Patienten völlig unbelastende Methode zur Bestimmung der Augapfelposition zur Verfügung. Ein großer Vorteil dieser Methode ist außerdem, dass die Bestimmung der relativen Augapfelposition völlig automatisierbar ist und das Ergebnis der Positionsbestimmung somit unabhängig von dem beurteilenden Arzt ist. Zusätzlich kann mit Hilfe der Symmetrieebene des Gesichtes die Soll-Position des Augapfels berechnet und visualisiert werden. Die optische Messung kann zudem intraoperativ durchgeführt werden, so dass der Chirurg bereits während der Operation durch einen Soll-Ist-Vergleich der Augapfelposition unterstützt werden kann

Explaining and Evaluating Deep Tissue Classification by Visualizing Activations of Most Relevant Intermediate Layers

Deep Learning-based tissue classification may support pathologists in analyzing digitized whole slide images. However, in such critical tasks, only approaches that can be validated by medical experts in advance to deployment, are suitable. We present an approach that contributes to making automated tissue classification more transparent. We step beyond broadly used visualizations for last layers of a convolutional neural network by identifying most relevant intermediate layers applying Grad-CAM. A visual evaluation by a pathologist shows that these layers assign relevance, where important morphological structures are present in case of correct class decisions. We introduce a tool that can be easily used by medical experts for such validation purposes for any convolutional neural network and any layer. Visual explanations for intermediate layers provide insights into a neural network’s decision for histopathological tissue classification. In future research also the context of the input data must be considered

Regulation of β1 Integrin-Klf2-mediated angiogenesis by CCM proteins

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Tumor–Stroma Ratio in Colorectal Cancer—Comparison between Human Estimation and Automated Assessment

Simple Summary A lower tumor–stroma ratio within a tumor correlates with a poorer outcome, i.e., with a higher risk of death. The assessment of this ratio by humans is prone to errors, and when presented the same case, the ratios reported by multiple pathologists will oftentimes deviate significantly. The aim of our work was to predict the tumor–stroma ratio automatically using deep neural segmentation networks. The assessment comprises two steps: recognizing the different tissue types and estimating their ratio. We compared both steps individually to human observers and showed that (i) the outlined automatic method yields good segmentation results and (ii) that human estimations are consistently higher than the automated estimation and deviate significantly for a hand-annotated ground truth. We showed that including an additional evaluation step for our segmentation results and relating the segmentation quality to deviations in tumor–stroma assessment provides helpful insights. Abstract The tumor–stroma ratio (TSR) has been repeatedly shown to be a prognostic factor for survival prediction of different cancer types. However, an objective and reliable determination of the tumor–stroma ratio remains challenging. We present an easily adaptable deep learning model for accurately segmenting tumor regions in hematoxylin and eosin (H&E)-stained whole slide images (WSIs) of colon cancer patients into five distinct classes (tumor, stroma, necrosis, mucus, and background). The tumor–stroma ratio can be determined in the presence of necrotic or mucinous areas. We employ a few-shot model, eventually aiming for the easy adaptability of our approach to related segmentation tasks or other primaries, and compare the results to a well-established state-of-the art approach (U-Net). Both models achieve similar results with an overall accuracy of 86.5% and 86.7%, respectively, indicating that the adaptability does not lead to a significant decrease in accuracy. Moreover, we comprehensively compare with TSR estimates of human observers and examine in detail discrepancies and inter-rater reliability. Adding a second survey for segmentation quality on top of a first survey for TSR estimation, we found that TSR estimations of human observers are not as reliable a ground truth as previously thought

Modeling of facial surfaces and quality control for maxillofacial surgery based on optical metrology

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Methoden zur Modellierung und dem quantitativen Vergleich von Gesichtsoberflächen, einschließlich der Augapfelposition, aus optisch gewonnenen dreidimensionalen Messdaten. Gerade bei Operationen im Gesichtsbereich ist es wichtig, dass neben der Funktion auch die Ästhetik wiederhergestellt wird. Der Chirurg ist deshalb bestrebt, das Gesicht möglichst symmetrisch zu rekonstruieren. Die Beurteilung der Symmetrie erfolgt bisher meist rein visuell durch den Chirurgen und ist somit subjektiv geprägt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine objektive Methode zur Bestimmung der Gesichtssymmetrieebene, ausgehend von einer optischen 3D-Messung der Gesichtsoberfläche, entwickelt. Die Kern­idee bei der Symmetrieebenenbestimmung liegt in der Rückführung auf ein Registrierungsproblem. Die Originalgesichtsoberfläche wird mit einem Spiegelbild, das durch Spiegelung an einer beliebigen Ebene gewonnen wurde, registriert, d.h. bestmöglich zur Deckung gebracht. Mit dieser Methode kann auch in Patientengesichtern, die asymmetrische Teilbereiche enthalten, die Symmetrieebene rekonstruiert werden. Ein quantitativer Vergleich des Spiegelbildes mit dem Originalgesicht liefert ein objektives Symmetriemaß des Gesichtes. Liegt nur ein einseitiger Gesichtsdefekt vor, kann durch Spiegelung der intakten Gesichtshälfte an der Symmetrieebene das Sollgesicht modelliert werden. Dies gilt auch insbesondere für die Position des Augapfels. Nach einer Operation ist von Interesse, ob das gewünschte Ergebnis erzielt wurde. Dies kann durch einen quantitativen Vergleich der postoperativen Gesichtsoberfläche mit der modellierten Sollgesichtsoberfläche festgestellt werden. Ebenso von Interesse ist die quantitative Erfassung von Veränderungen der postoperativen Gesichtsoberfläche gegenüber der präoperativen Gesichtsoberfläche. Standardmäßig erfolgt ein Vergleich der Gesichtsoberflächen meist nur anhand von 2D-Fotografien oder Röntgenbildern. Mit dem optischen Sensor wird die Gesichtsoberfläche hingegen dreidimensional und ohne Strahlenbelastung für den Patienten erfasst. Der quantitative Vergleich der Gesichtsoberflächen erfolgt durch Berechnung und Visualisierung der Abstände zwischen den beiden Oberflächen und dem eingeschlossenen Volumen. Der Vorteil der entwickelten Methode im Vergleich zum Standardverfahren liegt darin, dass die berechneten Abstände und Volumina nahezu unabhängig von der Wahl des Referenznetzes sind und somit die Kommutativität der Abstands- und Volumen­berechnung nahezu vollständig erfüllt ist. Bei Patienten mit einer Fraktur des Jochbeins und des zugehörigen Augenhöhlenbodens liegt häufig eine Verlagerung des Augapfels vor. Deshalb wird bei diesen Patienten die Position der Augäpfel kontrolliert. Dabei ist es ausreichend, die relative Augapfelposition entlang der optischen Augenachse zu bestimmen. Standardmäßig erfolgt die Bestimmung der relativen Augapfelposition entweder mit einem mechanischen Instrument, das auf die Gesichtsoberfläche aufgesetzt wird oder anhand von CT-Daten. Der Nachteil des ersten Verfahrens besteht v.a. darin, dass einseitige Weichgewebeschwellungen oder Knochenverlagerungen im Augenbereich zu Fehlern in der Positionsbestimmung des Augapfels führen. Bei der Bestimmung der Augapfelposition aus Computertomographiedaten liegt ein großer Nachteil in der Strahlenbelastung für den Patienten. Deshalb wird diese Methode postoperativ nur in Ausnahmefällen eingesetzt. Bei der neu entwickelten Methode wird die relative Augapfelposition ausgehend von einer optischen Messung bestimmt. Damit steht dem Arzt eine berührungslose, für den Patienten völlig unbelastende Methode zur Bestimmung der Augapfelposition zur Verfügung. Ein großer Vorteil dieser Methode ist außerdem, dass die Bestimmung der relativen Augapfelposition völlig automatisierbar ist und das Ergebnis der Positionsbestimmung somit unabhängig von dem beurteilenden Arzt ist. Zusätzlich kann mit Hilfe der Symmetrieebene des Gesichtes die Soll-Position des Augapfels berechnet und visualisiert werden. Die optische Messung kann zudem intraoperativ durchgeführt werden, so dass der Chirurg bereits während der Operation durch einen Soll-Ist-Vergleich der Augapfelposition unterstützt werden kann.The goal of the present thesis is to develop methods for modeling and for a quantitative comparison of facial surfaces, including the position of the eyeglobe, based on optical 3d-metrology. In maxillofacial surgery it is important to regain function and an esthetical facial appearance. Esthetics is hereby closely related to symmetry and therefore the surgeon intends to reconstruct the face symmetrically. The assessment of the symmetry of the postoperative facial surface is often performed visually by the surgeon. This thesis presents an objective method for the determination of the facial symmetry plane starting from an optical 3d-measurement of the facial surface. The basic idea is to mirror the original facial surface at an arbitrary plane and to register these two data sets afterwards. Based on the registered data sets the symmetry plane is computed. This method can even be applied to partially asymmetrical faces. Hereby the symmetry plane is given by the remaining symmetrical parts of the face. An objective symmetry measure of the face is obtained by performing a quantitative comparison of the mirrored face and the original face. Moreover a nominal facial surface can be modeled for patients with one half of the face being intact. The nominal surface for the non-intact half of the face is given by the mirror image of the intact half at the facial symmetry plane. In the same way, the nominal position of a displaced eyeglobe can be determined. Postoperatively it is important to investigate the degree of correspondence between the actual facial surface and the desired nominal one by a quantitative comparison of the two surfaces. Another application is to determine the changes of the postoperative facial surface in comparison to the preoperative one. Commonly, this comparison is performed based on 2d-photographs or radiographs. Using optical metrology we obtain 3d-information about the whole soft tissue surface. The quantitative comparison of the facial surfaces is performed by computing the distances and the volume between them. The results are visualized for the surgeon. The advantage of the developed method compared to the standard method is that the computed distances and volumes are almost independent of the choice of the reference mesh proving its commutativity. Finally, patients with a zygomatic fracture are considered. A zygomatic fracture is very often associated with a malposition of the eyeglobe. Therefore it is necessary to examine the position of the displaced eyeglobe of these patients. It suffices to determine the relative eyeglobe position along the optical axis of the intact eye. Commonly, the relative eyeglobe position is determined with the help of a mechanical instrument called Hertel exophthalmometer or based on a CT measurement. The disadvantage using the Hertel exophthalmometer is that the instrument is in contact with the facial surface during the measurement. Therefore asymmetrical swellings or fractures can cause measurement errors. One disadvantage of the CT measurement is that the patient is exposed to radiation. Therefore postoperative measurements are performed only exceptionally. The new method presented in this thesis is based on an optical 3d-measurement. Hereby the 3d-information of the facial surface, including the eyeglobe, is acquired contact-free without exposing the patient to radiation. Another advantage of the presented method is that the relative eyeglobe position can be determined automatically and in an objective way. Moreover the nominal eyeglobe position is obtained by mirroring the intact eyeglobe position at the facial symmetry plane. Finally, the optical measurement can be performed intraoperatively. Therefore it is possible to support the surgeon intraoperatively by a nominal-actual comparison of the eyeglobe position

Vpis ljudskih pesmi v podatkovno bazo Infolk: virtualno omrežje arhivov ljudskih pesmi v Avstriji

The folk song archives in all of Austria’s provinces are in charge of large collections of songs and melodies from a research period dating over one hundred years. To make these useable and accessible, a comprehensive archiving system and scholarly registration of the complete collections had to be created on the basis of musical-poetical figures, text- and music genres, functions, and occasions. The Virtual Network of Folk Song Archives in Austria enables access to all the catalogues of the connected archives with their unique and specific regional collections, and establishes documentary evidence of the great variety of songs and melodies associated with Austria. *** Arhivi ljudskih pesmi v vseh avstrijskih zveznih deželah skrbijo za velike zbirke pesmi in melodij, pridobljene v raziskavah iz več kot stoletnega obdobja. Da bi bile uporabne in dostopne, morata biti izdelana celovit arhivski sistem in znanstvena registracija vseh zbirk na podlagi glasbenopoetičnih figur, besedilnih in glasbenih zvrsti, funkcij in priložnosti. Virtualno omrežje ljudskih pesmi v Avstriji omogoča dostop do vseh katalogov med seboj povezanih arhivov, skupaj z njihovimi edinstvenimi in posebnimi regionalnimi zbirkami, in s pomočjo dokumentov predstavlja veliko raznolikost pesmi in melodij Avstrije

System zur Visualisierung von Bilddaten

Die Erfindung bezieht sich auf ein System (5) zur Visualisierung von digitalisierten Bilddaten mit einer Bilddatenquelle (1) und einer Bilddatensenke (2). Die Bilddaten sind mindestens zwei unterschiedlichen Schichten (11, 12) zugeordnet sind, wobei für mindestens eine der Schichten (11, 12) Bilddaten in mindestens zwei unterschiedlichen Auflösungen vorliegen. Die Schichten (11, 12) zeigen eine gemeinsame Szene mit unterschiedlichen Aufnahmebedingungen. Dabei ist die Bilddatenquelle (1) derartig konfiguriert, Bilddaten zur Bilddatensenke (2) zu übermitteln, und ist die Bilddatensenke (2) derartig konfiguriert, Bilddaten von der Bilddatenquelle (1) zu empfangen und in Bezug auf eine Visualisierung zu verarbeiten. Die Bilddatenquelle (1) ist derartig konfiguriert, Bilddaten der zumindest einen Schicht (11) in den mindestens zwei unterschiedlichen Auflösungen vorrangig zu den Bilddaten von von der zumindest einen Schicht (11) unterschiedlichen Schichten (12) zu der Bilddatensenke (2) zu übermitteln. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Übertragung von Bilddaten und auf ein entsprechendes Verfahren

Religionen im Vorderen Orient (RVO)

Benz M, Bukovec P, Esser M, Lippke F, Sporer J, eds. Religionen im Vorderen Orient (RVO). Vol ab Bd. 2. Hamburg: Verlag Dr. Kovač; 2014

Computer-Assisted Diagnosis in Colposcopy: Results of a Preliminary Experiment?

Purpose: Diagnosis of cervical intraepithelial neoplasia (CIN) is currently based on the histological result of an aiming biopsy. This preliminary study investigated whether diagnostics for CIN can potentially be improved using semiautomatic colposcopic image analysis. Methods: 198 women with unremarkable or abnormal smears underwent colposcopy examinations. 375 regions of interest (ROIs) were manually marked on digital screen shots of the streaming documentation, which we provided during our colposcopic examinations (39 normal findings, 41 CIN I, and 118 CIN II–III). These ROIs were classified into two groups (211 regions with normal findings and CIN I, and 164 regions with CIN II–III). We developed a prototypical computer-assisted diagnostic (CAD) device based on image-processing methods to automatically characterize the color, texture, and granulation of the ROIs. Results: Using n- fold cross-validation, the CAD system achieved a maximum diagnostic accuracy of 80% (sensitivity 85% and specificity 75%) corresponding to a correct assignment of abnormal or unremarkable findings. Conclusions: The CAD system may be able to play a supportive role in the further diagnosis of CIN, potentially paving the way for new and enhanced developments in colposcopy-based diagnosis