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Bauer, Christoph; Kuijper, Arjan [Advisor]; Kohlhammer, Jörn [Advisor]; Bergmann, Tim Alexander [Advisor]

Semiautomatische Segmentierung von relevanten Gelenken zur Frühdiagnose von Psoriasis-Arthritis in Röntgenbildern

2021

Darmstadt, TU, Master Thesis, 2021

In dieser Arbeit wird ein dreistufiges semi-automatisches Verfahren zur Segmentierung von relevanten Gelenken für die Frühdiagnose von Psoriasis-Arthritis in Röntgenbildern vorgestellt. Psoriasis-Arthritis ist eine entzündliche Gelenkerkrankung, welche eine Verringerung des Gelenkabstandes, Gelenkfehlstellungen und bis zu Erosionen von Knochengliedern führen kann. Um dies zu detektieren werden die Knochen von Hand und Fuß segmentiert. Hierfür wird im ersten Schritt des Verfahrens das Bild vorverarbeitet. So wird mithilfe eines Medianfilters Rauschen entfernt und der Kontrast des Bildes durch Anwendung eines adaptiven Histogrammausgleichs verbessert. Für eine Basissegmentierung sorgen dann zwei adaptive Schwellwertverfahren, welche zusammengefügt werden. Für die endgültige Segmentierung wird im letzten Schritt jedes Knochenglied einzeln betrachtet und über eine Verknüpfung der Basissegmentierung mit einem erstellten Kantenbild verbessert. Somit besteht das Resultat dieses Verfahrens aus 19 Segmentierungen der einzelnen Knochenglieder, die für eine bessere Übersicht beliebig kombiniert werden können. Die Resultate werden im Anschluss mithilfe des Dice-Koeffizienten und der Hausdorff-Distanz anhand von Ground-Truth-Daten ausgewertet. Diese zeigen gerade im Bereich der Hand, mit einem durchschnittlichen Dice-Koeffizienten von 0.923 und einer durchschnittlichen Hausdorff-Distanz von 23.673, vielversprechende Ergebnisse. Im Bereich der Füße zeigen die Ergebnisse, mit einem durchschnittlichen Dice-Koeffizienten von 0.74 und einer durchschnittlichen Hausdorff-Distanz von 54.462, noch ausbaufähige Resultate.

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Bergmann, Tim Alexander; Kuijper, Arjan [1. Gutachten]; Noll, Matthias [2. Gutachten]

AR-Visualisierung von Echtzeitbildgebung für ultraschallgestützte Leberbiopsien

2020

Darmstadt, TU, Master Thesis, 2020

In dieser Arbeit wird ein Augmented Reality-System zur Anzeige von Ultraschallbildern direkt am Patienten vorgestellt. Die Überlagerung wird mit der Hilfe von optisch durchsichtigen Head­mounted Displays durchgeführt. Die lagegerichtete Darstellung der Ultraschallbilder basiert auf einem externen optischen Trackingsystem, dem NDI Polaris Vicra. Um die korrekte Überlagerung zu gewährleisten, wird das Sichtfeld eines Trägers mittels angepasster Single Point Active Alignment Method bestimmt. Die Lage der Ultraschallbilder relativ zu den Tracking-Markierungen der Ultra­schallsonde wird mit einer angepassten Pivot-Kalibrierung ermittelt. Zum objektiven Testen des Systems wurde ein Träger-Dummy verwendet, der das Sehen eines Trägers durch Kameras simuliert. Die Lage von Tracking-Markierungen im Sichtfeld des Träger-Dummies konnte mit einem RMSE von 1,1480 mm bestimmt werden. Bei den Tests der Überlagerung der Ultraschallbilder über den darin repräsentierten Strukturen erreicht das System einen Dice-Koeffizienten von 88,33 %. Zur besseren Skalierung der Berechnungsdauer mit der Anzahl der verwendeten Geräte wurden Matrixoperatoren für die verwendeten Transformationsmatrizen optimiert. Die Berechnungen werden im Schnitt mehr als dreimal so schnell durchgeführt wie die allgemeine Implementierung der Operatoren. Das System versetzt behandelnde Ärzte in die Lage, Ultraschallbilder lagegerichtet über den darin repräsentierten Strukturen zu betrachten. Die Anzeige der Bilder auf einem externen Monitor wird dadurch überflüssig.

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Bergmann, Tim Alexander; Kuijper, Arjan [Betreuer]; Rojtberg, Pavel [Betreuer]

Interaktive Echtzeit-Kalibrierung

2016

Darmstadt, TU, Bachelor Thesis, 2016

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Heuristik, die unerfahrene Nutzer durch eine flexible Kamerakalibrierung leitet. Hierfür wird ein Qualitätsmaß basierend auf der Arbeit von Hartley und Zisserman [8, S. 138ff] hergeleitet. Dieses Qualitätsmaß wird verwendet, um Nutzern mit Hilfe von Vorschlägen für Kameraposen die Durchführung einer Kalibrierung zu vereinfachen. Durch diese Hilfestellungen gelingt es unerfahrenen Nutzern eine Kamera mit weniger Bildern, aber gleicher Qualität, bezogen auf den Reprojection Error, zu kalibrieren.