Halbautomatische Segmentierung der knöchernen Strukturen des Kniegelenks in MRT Aufnahmen

Benjamin Fleischer, Welfenlab, IMS, diploma thesis
05/2012

Zuverlässige Segmentierung ist eine der wichtigsten und zugleich komplexesten Aufgaben in der modernen Volumen Analyse. Besonders im Bereich der Medizin sind bildgebende Verfahren heute ein integraler Bestandteil des klinischen Alltags geworden, was zur Folge hat das ein hoher Prozentsatz der Arbeitszeit auf die Nachbearbeitung bzw. Strukturfindung aufgewendet werden muss. Hier setzen (teil-) automatisierte, modellbasierte Verfahren an. Eine prominente Klasse der modellbasierten Segmentierungsverfahren ist der "Deformable Model" Ansatz. Grundidee ist die Verwendung eines initiales Modells, üblicherweise durch ein 3D Netz repräsentiert, welches in einem iterativen Verfahren an die zu findende Kontur angepasst wird und sich in jedem Schritt ausbreitet oder schrumpft, vergleichbar mit einem Ballon in den (lokal) Luft hingepumpt oder abgelassen wird.

Ziel dieser Arbeit ist es, unter Verwendung des am Welfenlab entwickelte YaDiV Deformable Model Framework (YDMF) angepasste Modelle für die knöchernen Strukturen im Bereich des menschlichen Kniegelenks (Patella, Femur, Tibia) zu entwickeln. Als Volumendaten werden MRT-Aufnahmen zum Einsatz kommen, was eine zusätzliche Herausforderung an das Modell darstellt, da die Differenzierung von knöchernen Strukturen durch Weichgewebe in MRT-Aufnahmen erschwert wird.

Als erster Schritt soll ein Modell für die Patella entwickelt werden, welches mit anatomischen Landmarken versehen wird und durch eine lokal und global angepassten Expansions- bzw. Erosionskraft die Strukturfindung ermöglicht. Das Modell soll mit einer geringen Auswahl an Datensätzten trainiert und anschließend durch die Anwendung in neuen Aufnahmen evaluiert werden. Die gewonnen Erkenntnisse sollen dann für die Modellierung der Femur bzw. Tibia Modelle genutzt werden, bei denen die zusätzliche Herausforderung besteht, das hier oft nur eine Teilabdeckung im Aufnahmebereich besteht.

Zusätzlich soll untersucht werden, in wie weit anatomische Landmarken, die in das initiale Modell eingebracht werden, nach Findung der Endkontur für eine weitere Analyse verwendet werden können.

Kontakt: Karl-Ingo Friese