Medizinische Bildverarbeitung

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1 Medizinische Bildverarbeitung Studiengang Medizintechnik, SS 18, MT-B 6 richard rascher-friesenhausen richard.rascher-friesenhausen@hs-bremerhaven.de 12. März 2018 Inhalt Organisatorisches MBV, SS 18 March 12,

2 Organisatorisches Termin : Vorlesung: Di, 12:00 13:30, K301 Übung: Di, 13:45 15:15, 15:30 17:00, 17:15:18:45 Z0120, MSM Kontakt : am besten über richard.rascher-friesenhausen@hs-bremerhaven.de Sprechstunde in Z1230 und bisher noch nach Vereinbarung. Leistungsnachweis : über regelmäßige Abgabe von Hausaufgaben. In Gruppen zu maximal 3 Teilnehmern. Zettel siehe Webseite zur Veranstaltung. Lasse eine Liste rundgehen. Bitte eintragen mit -Adresse für einen Mailverteiler. Organisatorisches Für die Vorlesung ist kein Buch erforderlich. Soll alles an die Tafel, auf Folie oder wird ausgeteilt. Aber wer denn doch eins in der Hand halten will: 1. Heinz Handels: Medizinische Bildverarbeitung 2. Bernd Jähne: Digitale Bildverarbeitung 3. Burger, Burge: Digitale Bildverarbeitung Einfach mal in der Bibliothek vorbeischauen. MBV, SS 18 March 12,

3 Was ist ein Bild? Eine Definition Medizinische Szenarios Allgemeines über Bilder und Bildverarbeitung. Was ist ein Bild? Sich ein Bild von etwas machen Pablo Picasso: Frau vor dem Spiegel (1937) 0 x 0 1 w 1 1 y h 1 Schnittbild Kopf MR Abstrakte Bildmatrix MBV, SS 18 March 12,

4 Eine Definition Bildverarbeitung : Entwicklung von Algorithmen, die aus Bildern oder Messwerten neue Bilder erzeugen. Bzw. konkreter für unseren Schwerpunkt Medizinische Bildverarbeitung : Bildverarbeitung auf medizinischen Bildern mit dem Ziel, die Diagnostik und Therapie zu verbessern. Eine Definition Noch ein wenig konkreter Photos: Qualitätsverbesserung, Details, Spaß Video: Bewegungsanalyse, Personenerkennung Industrie: Überwachung technischer Prozesse, Roboter Militär: Alles mögliche... Medizin: Erkennen pathologischer Prozesse für Diagnose, Computer Aided Surgery für Planung Arbeitsablauf der (medizinischen) Bildverarbeitung: 1. Bilderzeugung & Bildrekonstruktion 2. Bildverarbeitung & Bildverbesserung 3. Bildrepräsentation & Visualisierung 4. Bildanalyse & Bildinterpretation 5. Bildkodierung & Bildübertragung & Bildspeicherung Bilderzeugung Bildverarbeitung Visualisierung Bildanalyse Bildspeicherung MBV, SS 18 March 12,

5 Schauen kurz auf Entwicklungen der medizinischen Bildgebung. Sicherlich bekannt aus anderen Veranstaltungen. Röntgen Computer-Tomographie Magnet-Resonanz-Tomographie Photonen-Emissions Tomographie Sonographie Röntgen Medizinische Bildgebung beginnt 1895 mit Wilhelm Konrad Röntgen und der Entdeckung der Röntgenstrahlen (Nobelpreis 1901, Physik): in recognition of the extraordinary services he has rendered by the discovery of the remarkable rays subsequently named after him. Strahlen durchdringen den menschlichen Körper und werden von unterschiedlichen Geweben unterschiedlich stark geschwächt. Erste Anwendungen benötigten Bestrahlungszeiten von ca. 20 Min. Heute in Sekundenbruchteilen. Gehört heute zur klinischen Routine. MBV, SS 18 March 12,

6 Computer-Tomographie (CT) Beginnt 1972 mit Arbeiten von Hounsfield und Ambrose. Verwendet Röntgenstrahlen um Schnittbilder des Körpers zu erzeugen. Ermöglicht quantitative Aussagen (digital). Besitzt hohe Auflösung und liefert 3D Bilder. CT 1974 CT heute Nobelpreis 1979 für Hounsfield und Cormack (Medizin): for the development of computer assisted tomography. Gehört heute zur klinischen Routine. Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) Beginnt ebenfalls Verwendet magnetische Kernspinresonanz. Erstes Bild eines Wasserröhrchens 1973, Erstes Bild einer Maus 1974, Erstes Bild eine Fingers 1976 (40 Minuten Aufnahme). Heute Bildgewinnung in Sekundenbruchteilen. Gehört heute zur klinischen Routine. MBV, SS 18 March 12,

7 Technisches Prinzip 1946 von Bloch und Purcell. Nobelpreis 1952 (Physik): for their development of new methods for nuclear magnetic precision measurements and discoveries in connection therewith. Medizinische Verwendung ab 1972 durch Lauterbur und Mansfield. Nobelpreis 2003 (Medizin): for their discoveries concerning magnetic resonance imaging. Nuklearmedizin (PET, SPET) Beginnt 1952 mit der Entwicklung der Gammakamera (Anger-Kamera). Verwendet radioaktive Isotope, die in den Körper injiziert werden. Vorher nur zur Therapie. Damit insbesondere funktionale Bildgebung möglich durch Sichtbarmachung von Anreicherungen und Transport. MBV, SS 18 March 12,

8 Ultraschall (Sonographie) Verwendet mechanische Schwingungen mit sehr hoher Frequenz. Beginnt 1942 zur Erkennung von Hirntumoren. Große Fortschritte während der 2. Weltkrieges (Ortung von U- Booten). Darstellung von Gallensteinen und Gewebe. Heute 3D Ultraschall. Gehört heute zur klinischen Routine. Das sind natürlich nicht alle bildgebenden Verfahren der Medizin gewesen. Aber doch wohl die wichtigsten. Mehr im Verlauf der Vorlesung. Medizinische Szenarios Verstauchter Arm beim Sport Aufnahme eines Röntgenbildes des Armes Arzt analysiert Röntgenbild Arzt diagnostiziert Armbruch Gips Bilderzeugung & Rekonstruktion Bildverarbeitung & Bildverbesserung Bildrepräsentation & Visualisierung Bildanalyse & Bildinterpretation Bildübertragung & Bildspeicherung MBV, SS 18 March 12,

9 Medizinische Szenarios Verdacht auf Brustkrebs Aufnahme einer dynamischen Kontrastmittel-MR-Studie Arzt analysiert Differenzbilder Arzt diagnostiziert negativen Befund Bilderzeugung & Rekonstruktion Bildverarbeitung & Bildverbesserung Bildrepräsentation & Visualisierung Bildanalyse & Bildinterpretation Bildübertragung & Bildspeicherung Medizinische Szenarios Patient mit kranker Leber, Spender mit gesunder Leber CT Aufnahme der Spenderleber Arzt analysiert und quantifiziert Leber (Volumenberechnung) Arzt diagnostiziert Spende Leberlebendspende Bilderzeugung & Rekonstruktion Bildverarbeitung & Bildverbesserung Bildrepräsentation & Visualisierung Bildanalyse & Bildinterpretation Bildübertragung & Bildspeicherung MBV, SS 18 March 12,

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