Fraunhofer-Gesellschaft

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Konzeption und Realisierung einer Testumgebung zum standardisierten Evaluieren von Gefäßsegmentierungs-Algorithmen

 
: Meixner, Steven
: Drechsler, Klaus

Darmstadt, 2012, 134 pp.
Darmstadt, Hochschule, Bachelor Thesis, 2012
German
Bachelor Thesis
Fraunhofer IGD ()
vessel segmentation; evaluation of segmentation; medical simulation; automatic testing

Abstract
Computersimulationen zur Unterstützung von Ärzten bei der Diagnose und Therapie (z.B. zur Navigation bei chirurgischen Eingriffen) sind im Vormarsch. Solche medizinischen Softwareapplikationen bieten ein hohes Maß an Präzision und unterstützen den Chirurgen bei der Operation. Bei der operativen Entfernung eines Tumors aus der Leber beispielsweise werden auch Teile der Leber mit entfernt. Diese operative Entfernung von Gewebe aus einem Organ wird auch als Resektion bezeichnet. Eine computergestützte Planung von Resektionsstellen in der präoperativen Phase ermöglicht eine exakte Bestimmung der Gefäße, welche den Tumor versorgen und welche Gefäße zur weiteren Durchblutung anderer Segmente der Leber benötigt werden. Diese Möglichkeit der Operationsplanung führt zu einer Minimierung von Komplikationen während der Operation und somit nicht zuletzt zu einer höheren Heilungsquote und schnelleren Genesung des Patienten. Hierzu werden in der präoperativen Phase die Gefäße aus einem durch Computertomographie (CT) gewonnenen Volumenbild der Leber segmentiert. Der verwendete Segmentierungsalgorithmus muss dabei trotz unterschiedlich starkem Kontrast und Rauschen der CT-Bilddaten möglichst präzise Ergebnisse erzielen. Es ist daher immens wichtig, bei der Erstellung einer solchen medizinischen Applikation ein geeignetes Segmentierungsverfahren zu wählen oder aber auch selbst zu entwickeln. Die Ergebnisse, die dieser Segmentierungsalgorithmus liefert, sollten frühzeitig evaluiert werden. Zwar wird in zahlreichen Publikationen für neu entwickelte Segmentierungsalgorithmen mit guten Evaluationsergebnissen geworben, jedoch wurden diese getrennt voneinander und mit unterschiedlicher Herangehensweise in der Implementierung und Wahl der Metriken evaluiert. Ein quantitativer Vergleich zwischen diesen Segmentierungsalgorithmen ist deshalb nicht möglich. Diese Arbeit zeigt nun den Weg von der Konzipierung bis hin zur Umsetzung einer Testumgebung, die eine standardisierte und somit objektive und zuverlässige Evaluierung von Segmentierungsalgorithmen ermöglicht. Diese Algorithmen werden dabei mit Hilfe derselben Evaluationsmetriken untersucht und die Ergebnisse in einen quantitativen Vergleich gesetzt. Als "Ground-Truth-Segmentierung" dienen Gefäßbäume, die auf Basis biologischer Wachstumsprozesse simuliert werden. Demonstriert wird die Funktionalität der Testumgebung in Form einer beispielhaften Evaluierung von zwei Segmentierungsalgorithmen.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-195470.html