Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schnell und präzise in die Lunge blicken

08.08.2018

Medizininformatik-Studenten arbeiten frühzeitig in der Forschung mit und optimieren ein Programm zur Lungensegmentierung.

Das Atmungsorgan automatisch und präzise zu erkennen und ungleich schneller als bisher von umliegenden Geweben und Strukturen mittels sogenannter Segmentierung abzugrenzen, das ermöglicht ein Computerprogramm, an welchem Studierende der Medizininformatik an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus–Senftenberg derzeit mitarbeiten.


Beim Probelauf des optimierten Computerprogramms DICOM-Analyser (v. re.): Dr. Anja Braune, Prof. Dr. Ingrid Bönninger, Nico Gerhardt, Igor Nesterow, Tobias Steinmetzer. Foto: Robert Rietscher

Foto: Robert Rietscher

Zunächst soll das Programm DICOM-Analyser im Rahmen der anästhesiologischen Forschung genutzt werden, indem es die Lunge in allen drei Dimensionen in nur wenigen Sekunden abgrenzt. Im Folgeschritt kann dann das jeweilige Maß der Schädigung des Organs abgeschätzt werden. Derzeitig sind für die Lungensegmentierung noch viele Stunden intensiver und überwiegend manueller Arbeit erforderlich.

Die Arbeit an realen Projekten mit Kliniken ist ein wesentliches Merkmal des Studiengangs Medizininformatik. Um Unterstützung wurden die Studenten aus dem in Senftenberg ansässigen Institut für Medizininformatik der BTU von Prof. Dr. med. Marcelo Gama de Abreu und Dr. Anja Braune vom Universitätsklinikum Carl Gustav Carus an der Technischen Universität Dresden gebeten.

Sie arbeiten in der Klinik und Poliklinik für Anästhesiologie und Intensivtherapie und forschen an der Optimierung der mechanischen Beatmung, insbesondere im Rahmen des akuten Lungenversagens. Somit stehen die BTU-Studenten Nico Gerhardt und Igor Nesterow den Wissenschaftlern bei der Lösung schwieriger Probleme zur Seite.

Aufnahmen der Lunge in 3D

"Um den Schädigungsgrad der Lunge erkennen zu können, werden dreidimensionale Aufnahmen des Körpers mit einem Computertomographen (CT) erfasst. Hierfür nehmen wir circa 200 bis 510 Schnittbilder auf. Diese Schnittbilder beinhalten jedoch nicht nur die Lunge, sondern auch alle umliegenden Organe und Strukturen, wie Herz, Rippen, Wirbelsäule, Zwerchfell sowie die Luft- und Speiseröhre", erklärt Dr. Anja Braune. Für die Diagnose müssen die Wissenschaftler deshalb in jedem einzelnen Schnittbild die Lunge erkennen und kennzeichnen. Bei schwer geschädigten Lungen geschieht dies noch überwiegend per Hand und dauert bis zu sechs Stunden pro 3D-Aufnahme.

Die Studenten Nico Gerhardt und Igor Nesterow arbeiten an der BTU intensiv daran, dass diese Verfahrensweise bald der Vergangenheit angehört. Fachlich unterstützt werden die Studenten von Tobias Steinmetzer, der wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Medizintechnologie ist, sowie von Prof. Dr.-Ing. Martin Weigert und Prof. Dr.-Ing. Ingrid Bönninger, die im Studiengang Medizininformatik Grundlagen der Informatik, mathematische Grundlagen beziehungsweise Softwareengineering lehren.

"Es macht uns stolz, im Studium ein so anspruchsvolles Projekt zu realisieren, das einen realen Nutzen hat", sagt Nico Gerhardt.

Hintergrund

Der Name des Computerprogramms, DICOM-Analyser, basiert auf der Abkürzung für Digital Imaging and Communications in Medicine, einem offenen Standard für die Speicherung und den Austausch von Informationen im medizinischen Bilddatenmanagement. Mit dem in der Klinik und Poliklinik für Anästhesiologie und Intensivtherapie des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus an der TU Dresden entwickelten Programm [1] werden auf CT-Bildern gesunde und geschädigte Teile der Lunge automatisch erkannt. Eine wesentliche Information ist hierfür die von dem englischen Elektrotechniker und Nobelpreisträger für Medizin, Godfrey Hounsfield (1919-2004), entwickelte Hounsfield-Skala. Mittels dieser Skala können die Werte der CT-Bilder den verschiedenen Organen und Strukturen zugeordnet werden. Ausschlaggebend ist dabei die jeweilige Dichte. Je dichter ein Objekt ist, desto höher ist auch der Wert auf der Hounsfield-Skala. Deren praktisch genutzter Bereich liegt zwischen minus 1024 und plus 3071 Hounsfield-Einheiten (HU). Speziell für die Lunge reicht dieser von etwa minus 1000 bis 0 HU.

Nachdem mit dem Programm DICOM-Analyser der Lungenbereich abgegrenzt wurde, kann anhand der Hounsfield-Einheit der prozentuale Anteil der geschädigten Lunge berechnet werden, woraus die Forscher ihre Schlussfolgerungen ziehen. Das Computerprogramm, welches Nico Gerhardt und Igor Nesterow - Masterstudenten der Informatik mit der Vertiefung Medizininformatik an der BTU - seit fast einem Jahr wöchentlich etwa sechs Stunden überarbeiten und für einen breiteren Anwendungsbereich optimieren, steht kurz vor der Fertigstellung und soll dann im Rahmen der klinischen Forschung angewendet werden. Ein weiteres Projekt zur Optimierung der Algorithmen im Computerprogramm DICOM-Analyser soll im noch jungen universitären Studiengang Medizininformatik im bevorstehenden Wintersemester 2018/19 folgen.

Zum Studiengang Medizininformatik

Für diesen Studiengang wurde das Konzept 'ProTrack' entwickelt, das den Studierenden die Möglichkeit gibt, vom vierten Bachelor-Semester an bis zum Ende des Studiums oder darüber hinaus kontinuierlich an einem oder mehreren Klinik-Projekten mitarbeiten zu können. Den zulassungsfreien universitären Studiengang Medizininformatik an der BTU Cottbus–Senftenberg gibt es seit dem Wintersemester 2016. Er verbindet das Wissen aus der Informatik und den Informationstechnologien mit dem Wissen aus der Medizin. Dieses Jahr wird mit Studienbeginn zum Wintersemester der dritte Jahrgang immatrikuliert.

1: Cuevas L.M. et al., 2009, Automatic Lung Segmentation of Helical-CT Scans in Experimental Induced Lung Injury. IFMBE Proceedings, volume 22, Springer, Berlin, Heidelberg

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Ingrid Bönninger
Brandenburgische Technische Universität Cottbus–Senftenberg
Fachgebiet Softwareengineering
T +49 (0) 3573 85-613
E Ingrid.Boenninger(at)B-TU.De

Weitere Informationen:

https://www.b-tu.de/medizininformatik-bs/steckbrief
https://www.b-tu.de/studium/studienangebot

Ralf-Peter Witzmann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Intelligente Roboterlösungen für die Montage-Automatisierung
08.08.2018 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Saar-Physiker schaffen Grundlage für Schnelltests gegen Krankheiten wie Diabetes oder Malaria
08.08.2018 | Universität des Saarlandes

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Weltrekord: Schnellste 3D-Tomographien an BESSY II

Ein HZB-Team hat an der EDDI-Beamline an BESSY II einen raffinierten Präzisions-Drehtisch entwickelt und mit einer besonderen, schnellen Optik kombiniert. Damit konnten sie die Porenbildung in Metall-Körnern während des Aufschäumens mit 25 Tomographien pro Sekunde dokumentieren – ein Weltrekord.

Die Qualität vieler Werkstoffe hängt vom Herstellungsprozess ab. So spielt beim Gießen oder Schweißen eine Rolle, wie rasch die Schmelze erstarrt. Auch bei...

Im Focus: World record: Fastest 3-D tomographic images at BESSY II

The quality of materials often depends on the manufacturing process. In casting and welding, for example, the rate at which melts solidify and the resulting microstructure of the alloy is important. With metallic foams as well, it depends on exactly how the foaming process takes place. To understand these processes fully requires fast sensing capability. The fastest 3D tomographic images to date have now been achieved at the BESSY II X-ray source operated by the Helmholtz-Zentrum Berlin.

Dr. Francisco Garcia-Moreno and his team have designed a turntable that rotates ultra-stably about its axis at a constant rotational speed. This really depends...

Im Focus: A molecular switch may serve as new target point for cancer and diabetes therapies

If certain signaling cascades are misregulated, diseases like cancer, obesity and diabetes may occur. A mechanism recently discovered by scientists at the Leibniz- Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) in Berlin and at the University of Geneva has a crucial influence on such signaling cascades and may be an important key for the future development of therapies against these diseases. The results of the study have just been published in the prestigious scientific journal 'Molecular Cell'.

Cell growth and cell differentiation as well as the release and efficacy of hormones such as insulin depend on the presence of lipids. Lipids are small...

Im Focus: Intelligente Roboterlösungen für die Montage-Automatisierung

Mit neuen Technologien den Automatisierungsgrad in der Montage erhöhen und so wirtschaftliche und qualitative Potenziale heben: Für dieses Ziel entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Innovationen und überführt diese in industrielle Anwendungen. Auf der Internationalen Fachmesse für Produktions- und Montageautomatisierung Motek vom 8. bis 11. Oktober 2018 in Stuttgart können Besucher verschiedene Roboteranwendungen am IPA-Stand erleben. Zudem stellt das Institut erstmals eine neue App vor, die eine digitalisierte Automatisierungs-Potenzialanalyse ermöglicht.

Mittelständische Unternehmen nutzen das Potenzial, das im Einsatz von Robotern steckt, bislang nur selten aus. Einer der Gründe: Die Programmierung ist...

Im Focus: IPP-Fusionsanlagen durch die Virtual-Reality-Brille gesehen

ASDEX Upgrade und Wendelstein 7-X – als wäre man dort / Fusionsforschung in 360°

Es hat den Anschein, als stehe man selbst im Plasmagefäß und schaue sich um: Wo ansonsten viele Millionen Grad heiße Plasmen untersucht werden, kann man nun...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Herausforderung China – Wissenschaftler aus der ganzen Welt diskutieren miteinander auf UW/H-Tagung

03.08.2018 | Veranstaltungen

Pharmazeuten treffen sich zur internationalen Konferenz „BioBarriers 2018“ in Saarbrücken

02.08.2018 | Veranstaltungen

Geistesblitze, der Science Slam: Hirnforschung on Stage

01.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Auf die Füße geschaut

08.08.2018 | Materialwissenschaften

Eis unter Hochdruck: Bayreuther Forscher beobachten erstmals den Strukturwandel von Eiskristallen

08.08.2018 | Geowissenschaften

Neuartige Quantenkontrolle über ein Drei-Zustands-Spin-System

08.08.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics