gms | German Medical Science

49. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie (gmds)
19. Jahrestagung der Schweizerischen Gesellschaft für Medizinische Informatik (SGMI)
Jahrestagung 2004 des Arbeitskreises Medizinische Informatik (ÖAKMI)

Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie
Schweizerische Gesellschaft für Medizinische Informatik (SGMI)

26. bis 30.09.2004, Innsbruck/Tirol

Entwicklung einer modularen Bildverarbeitungsplattform für klinisch-wissenschaftliche Projekte auf der Basis von ITK

Meeting Abstract (gmds2004)

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  • corresponding author presenting/speaker Rainer Schubert - Institut für Medizinische Wissensrepräsentation und Visualisierung, Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik, Innsbruck, Österreich
  • Bernhard Tilg - Institut für Biomedizinische Signalverarbeitung und Bildgebung, UMIT - Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik, Innsbruck, Österreich
  • Thomas Pellizzari - Icoserve information technologies, Innsbruck, Österreich
  • Raimund Vogl - Icoserve information technologies, Innsbruck, Österreich

Kooperative Versorgung - Vernetzte Forschung - Ubiquitäre Information. 49. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie (gmds), 19. Jahrestagung der Schweizerischen Gesellschaft für Medizinische Informatik (SGMI) und Jahrestagung 2004 des Arbeitskreises Medizinische Informatik (ÖAKMI) der Österreichischen Computer Gesellschaft (OCG) und der Österreichischen Gesellschaft für Biomedizinische Technik (ÖGBMT). Innsbruck, 26.-30.09.2004. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2004. Doc04gmds085

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/gmds2004/04gmds085.shtml

Veröffentlicht: 14. September 2004

© 2004 Schubert et al.
Dieser Artikel ist ein Open Access-Artikel und steht unter den Creative Commons Lizenzbedingungen (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.de). Er darf vervielf&aauml;ltigt, verbreitet und &oauml;ffentlich zug&aauml;nglich gemacht werden, vorausgesetzt dass Autor und Quelle genannt werden.


Gliederung

Text

Einleitung

Bei der Durchführung klinischer Kooperationen im Bereich der Bildverarbeitung ist man derzeit oftmals mit den Auswirkungen einer gewissen „Software-Krise" konfrontiert: die wenigen verfügbaren kommerziellen Softwareumgebungen zur Realisierung anspruchsvoller Aufgaben der medizinischen Bildanalyse und -ver-arbeitung bedingen einerseits einen erheblichen finanziellen Aufwand für Lizenzgebühren und sind andererseits weitgehend proprietär konzipiert. Weiterhin haben State-Of-The-Art-Methoden in der Bildverarbeitung inzwischen einen Grad an Komplexität und Umfang erreicht, der zu hohem zeitlichen und personellen Aufwand für eigenständige Entwicklungen führt. Die Überwindung dieser „Software-Krise" ist auch eines der Hauptmotive eines aktuellen Open-Source-Projektes der National Library of Medicine (NLM), dem „Insight Segmentation and RegistrationToolkit" [1]. ITK stellt allerdings keine schlüsselfertige Applikation zur Verfügung, mit der z.B. konkrete klinische Fragestellungen bearbeitet werden können. Es ist daher auch bei der Verwendung von ITK ein nicht unerheblicher Entwicklungs-Aufwand erforderlich. Ziel des hier vorgestellten Projektes ist daher die Entwicklung einer modularen Softwareplattform, die eine schnelle, prototypische Bearbeitung von klinischen Fragestellungen ermöglicht, Ausgangsbasis für methodische Forschung in der medizinischen Bildverarbeitung ist und deren Module für kommerzielle Anwender interessant sind. Es werden erste Erfahrungen und konkrete Ergebnisse dieses Projektes vorgestellt.

Methoden

Es wird ein objektorientierter Framework mit den folgenden, für die Zielsetzung wesentlichen Eigenschaften, entwickelt:

1. Es wurde ein Mechanismus zur Trennung von Methoden und GUI vorgesehen, der es ermöglicht, die entstehenden Module vollständig unabhängig von einer konkreten GUI zu halten und sie innerhalb unserer heterogenen Umgebung unterschiedlich und austauschbar zu nutzen.

2. Entsprechend der Anforderungen sowohl aus dem klinischen, als auch aus dem wissenschaftlichen Umfeld wurden Basismodule zur I/O, zur Vorverarbeitung, zur Visualisierung und zur Segmentierung konzipiert, die elementare ITK-Methoden zugänglich machen, erweitern und verknüpfen.

Der Framework wurde innerhalb einer gemeinsamen, via CVS organisierten Entwicklungsumgebung realisiert, die ein konsistentes Projektmanagement auch für unterschiedliche Plattformen ermöglicht.

Ergebnisse

Die Entwicklung der Infrastruktur ist in definierten Abschnitten geplant. Derzeit ist die erste Stufe erreicht, die ein Modul zum Lesen und Schreiben klinischer Bilddaten im DICOM-Format, ein allgemeines Display-Modul zur Betrachtung orthogonaler Schnittebenen, sowie Module mit den gängigen Methoden zur Filterung, Transformation, mathematischen Morphologie und schwellwertbasierten Segmentierung beinhaltet. Mit diesen Modulen können einerseits maßgeschneiderte Applikationen für klinische Fragestellungen erstellt werden. Andererseits stellen sie eine mächtige Basis für die methodische Forschung im Bereich der Bildverarbeitung dar. Momentan ist mit diesem Modulbaukasten eine Vorverarbeitungs-Toolbox realisiert (s. [Abb. 1]), die in verschiedenen klinischen Projekten und als Basis für methodische Fragestellungen eingesetzt wird [2], [3]. Das Ziel des nun begonnenen zweiten Entwicklungsabschnitt ist die Nutzung der vorhandenen Infrastruktur für Forschungen im Bereich der modellbasierten Segmentierung und die Integration der Ergebnisse in unseren Modulbaukasten. Erste vielversprechende Ergebnisse dieser Anstrengungen sind ein Modul zur Extraktion der Vorhofwände des menschlichen Herzens [4], [5] (s. [Abb. 2]), sowie erste integrierte Module zur Level-Set basierten Segmentierung.

Diskussion

Das vorgestellte Konzept einer ITK basierten Software-Infrastruktur hat sich sehr bewährt. Es war in relativ kurzer Zeit und mit überschaubarem Aufwand möglich, das klinisch-wissenschaftliche Umfeld mit Basismodulen und -applikationen zu versorgen. Weiterhin ermöglicht die entstandene Software den Einstieg in methodische Fragestellungen, z.B. im Rahmen von Master- oder Promotionsarbeiten, auf einem hohen Niveau.

ITK weißt noch Mängel im Hinblick auf die Dokumentation, die Heterogenität der einzelnen enthaltenen Methoden und ihrer Vollständigkeit auf. Dies ist aber nach so kurzer Laufzeit des ITK-Projektes kaum anders zu erwarten und wird sich im Laufe der Zeit sicherlich verbessern.

Danksagung

Wir danken den Mitarbeitern des Projektes: Michael Doppler, Gerald Fischer, Karl Fritscher, Friedrich Hanser, Peter Klotz, Helmut Kopf, Julian Mattes, Robert Modre, Bernhard Pfeifer und Roland Pilgram. Das vorgestellte Projekt wird in Teilen vom Forschungsförderungsfonds für die Gewerbliche Wirtschaft (FFF), Österreich unterstützt.


Literatur

1.
ITK Homepage, http://www.itk.org
2.
Karl Fritscher, Roland Pilgram, Rudolf Leuwer, Christian Habermann, Anne Müller, Rainer Schubert: Analyzing interindividual shape variations of the middle ear cavity by developing a common shape model based on medial representation, Computer Assisted Radiology and Surgery, CARS 2004, Chicago, (accepted)
3.
Helmut Kopf, Julian Mattes, Reto Bale, Rainer Schubert:Development of a modular registration platform for multimodal image matching using ITK - first clinical application: localizing epileptogenic foci, Computer Assisted Radiology and Surgery, CARS 2004, Chicago, (accepted)
4.
Bernhard Pfeifer, Friedrich Hanser, Robert Modre, Gerald Fischer, Christoph Hintermüller, Michael Seger, Bernhard Tilg: Atrial myocardium model extraction. SPIE Medical Imaging, 14-19 February 2004, San Diego, CA, USA
5.
Bernhard Pfeifer, Friedrich Hanser, Christoph Hintermüller, Gerald Fischer, Michael Seger, Robert Modre, Bernhard Tilg: Model based atrial and ventricular myocardium extraction, Computer Assisted Radiology and Surgery, CARS 2004, Chicago, (accepted)