Automatisches Segmentieren laparoskopischer Instrumente in Ultraschallaufnahmen

Problemstellung

Aufnahmen des Operationsgebietes mittels eines Videolaparoskops sind der Goldstandard intraoperativer Bildgebung bei laparoskopischen Eingriffen in der Urologie. Diese oberflächliche Bildgebungsmethode liefert jedoch keine Informationen über die Ausbreitung eines Tumors im Inneren eines Organs und keine Informationen über die Lage innenliegender Blutgefäße.

Ultrasonograhie ist eine alternative intraoperative Bildgebungsmethode, die Informationen aus dem Inneren von Gewebestrukturen liefern kann. Aus unterschiedlichen Gründen, wie komplexer Bedienung, mangelnder Zugänglichkeit zum Operationsgebiet und hohen Personalkosten wird Ultrasonographie jedoch selten während laparoskopischer Eingriffe in der Urologie eingesetzt.

Ausgehend von den Kritikpunkten am Stand Technik wird am Lehrstuhl MiMed im Rahmen eines von der Deutschen ForschungsGemeinschaft geförderten Projektes ein neuartiges Ultrasonographiekonzept zur Unterstützung laparoskopischer Eingriffe in der Urologie entwickelt.

Aufgabenstellung

In dieser Arbeit sollen laparoskopische Instrumente in Ultraschallbildern automatisch segmentiert werden.

Im ersten Teil der Arbeit sollen die aufgenommen Ultraschallbilder für die Segmentierung aufbereitet werden. Dafür sollen die am Lehrstuhl vorhandenen Algorithmen (Helligkeitsinterpolation) angepasst und evtl. erweitert werden.

Im zweiten Teil der Arbeit sollen die laparoskopischen Instrumente segmentiert und markiert werden. Dafür sollen verschiedene Algorithmen implementiert und evaluiert werden.

Anwendung

Die Segmentierung wird im Rahmen des DFG-Projektes „Automatische Ultraschallbildgebung für laparoskopische Eingriffe“ verwendet.

Abgrenzung

Ein Visualisierungsframework wird zur Verfügung gestellt.

Erwartung

·     Umfassende eigene Recherchen zum Stand der Technik

·     Planung und Durchführung eines aussagekräftigen Experiments

·     Integration der Softwarefunktionalitäten in weiterverwendbare Bibliotheken

·     Saubere nachvollziehbare Dokumentation der Arbeitsschritte, der erstellten Software

·     Abschlussvortrag am Lehrstuhl

Organisatorisches

Die Arbeit wird am Lehrstuhl für Mikrotechnik und Medizingerätetechnik von Herrn N.N. erstellt und von Dipl.-Inf. Jan Gumprecht sowie Prof. Dr. Tim C. Lüth betreut. Die Arbeit soll innerhalb von 250 Arbeitsstunden im Zeitraum vom XX.XX.201X bis zum XX.XX.201X bearbeitet werden. Die Arbeit wird mit einem mündlichen Vortrag abgeschlossen.

Vorgehen

1.   Recherche zum Stand der Technik

2.   Aufbereitung der Ultraschallbilder

3.   Implementieren und Evaluieren der Alogrithmen

4.   Ausarbeitung der Abschlussarbeit

5.   Ausarbeitung des Vortrags

6.   Publikation der Ergebnisse

Ergebnisse

·     Funktionsfähige und vorführbare Segmentierung von laparoskopischen Instrumenten in Ultraschallaufnahmen

·     Dokumentierte Software

·     Dokumentierte Experimente

·     Abschlussarbeit

·     Vortragsfolien

Referenzen

J.A. Noble and D. Boukerroui, “Ultrasound image segmentation: a survey,” IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 25, Aug. 2006, pp. 987-1010.

E.C. Kyriacou, C. Pattichis, M. Pattichis, C. Loizou, C. Christodoulou, S.K. Kakkos, and A. Nicolaides, “A review of noninvasive ultrasound image processing methods in the analysis of carotid plaque morphology for the assessment of stroke risk.,” IEEE transactions on information technology in biomedicine : a publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, vol. 14, Jul. 2010, pp. 1027-38.

C. Zhu, J. Ni, Y. Li, and G. Gu, “General Tendencies in Segmentation of Medical Ultrasound Images,” 2009 Fourth International Conference on Internet Computing for Science and Engineering, IEEE, 2009, pp. 113-117.

D.L. Pham, C. Xu, and J.L. Prince, “Current methods in medical image segmentation.,” Annual review of biomedical engineering, vol. 2, Jan. 2000, pp. 315-37.