Medizinische Bildverarbeitung Studiengang Medizintechnik, SS 18, MT-B 6
richard rascher-friesenhausen
[email protected] 12. März 2018
Inhalt Organisatorisches Einleitung
richard rascher-friesenhausen • Medizinische Bildverarbeitung (MT-B 6) — SS 18
MBV, SS 18 — March 12, 2018 — 1
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 Email
[email protected] 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 Email-Adresse für einen Mailverteiler.
richard rascher-friesenhausen • Medizinische Bildverarbeitung (MT-B 6) — SS 18 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‘ 4. . . . Einfach mal in der Bibliothek vorbeischauen.
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Einleitung Was ist ein Bild? Eine Definition Etwas Geschichte der medizinischen Bildgebung (exemplarisch) Medizinische Szenarios Allgemeines über Bilder und Bildverarbeitung.
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Was ist ein Bild?
„Sich ein Bild von etwas machen“
Pablo Picasso: Frau vor dem Spiegel (1937) x 0
1
w−1
0 1
y
h−1
Schnittbild Kopf MR
Abstrakte Bildmatrix
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Einleitung
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.
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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. 2. 3. 4. 5.
Bilderzeugung & Bildrekonstruktion Bildverarbeitung & Bildverbesserung Bildrepräsentation & Visualisierung Bildanalyse & Bildinterpretation Bildkodierung & Bildübertragung & Bildspeicherung
Bilderzeugung
Bildverarbeitung
Visualisierung
Bildanalyse
Bildspeicherung
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Einleitung
Etwas Geschichte der medizinischen Bildgebung (exemplarisch) Schauen kurz auf Entwicklungen der medizinischen Bildgebung. Sicherlich bekannt aus anderen Veranstaltungen. ▷ Röntgen ▷ Computer-Tomographie ▷ Magnet-Resonanz-Tomographie ▷ Photonen-Emissions–Tomographie ▷ Sonographie
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Etwas Geschichte der medizinischen Bildgebung (exemplarisch)
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.
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Einleitung
Etwas Geschichte der medizinischen Bildgebung (exemplarisch)
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.
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Etwas Geschichte der medizinischen Bildgebung (exemplarisch)
Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) Beginnt ebenfalls 1972. 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.
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Einleitung
Etwas Geschichte der medizinischen Bildgebung (exemplarisch)
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.‘
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Etwas Geschichte der medizinischen Bildgebung (exemplarisch)
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.
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Einleitung
Etwas Geschichte der medizinischen Bildgebung (exemplarisch)
Ultraschall (Sonographie) Verwendet mechanische Schwingungen mit sehr hoher Frequenz. Beginnt 1942 zur Erkennung von Hirntumoren. Große Fortschritte während der 2. Weltkrieges (Ortung von UBooten). 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.
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Medizinische Szenarios
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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
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Einleitung
Medizinische Szenarios
Verdacht auf Brustkrebs ▷ Aufnahme einer dynamischen Kontrastmittel-MR-Studie ▷ Arzt analysiert Differenzbilder ▷ Arzt diagnostiziert negativen Befund
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Bilderzeugung & Rekonstruktion Bildverarbeitung & Bildverbesserung Bildrepräsentation & Visualisierung Bildanalyse & Bildinterpretation Bildübertragung & Bildspeicherung
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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
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