Biomedisa: Intelligente Aufnahmen

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Im Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) haben Wissenschaftler mit Biomedisa eine Open-Source Online-Anwendung entwickelt. Sie ist besonders leicht zu bedienen und wurde für die Segmentierung biomedizinischer Aufnahmen konzipiert.

Biomedisa: Wichtige Informationen für die Medizin

In den letzten Jahren wurden in bildgebenden Verfahren große Fortschritte erzielt. Das führt zu immer höheren Auflösungen und schnelleren Erfassungszeiten. Die Aufnahmen einzelner Zellen, Gewebeteile und Organe in der Medizin versorgen Fachleute weltweit mit wichtigen Informationen über den Gesundheitszustand der Patienten.

Biomedisa: Wie lassen sich die Bilder richtig deuten?

Der Status quo sind zeitaufwendige und fehleranfällige Analysen. Damit Aufnahmen ihr gesamtes Informationspotential entfalten können, benötigen sie eine manuelle Segmentierung. Hier wird ein digitales Bild in Schichten aufgeteilt. So können die Bildinformationen leichter erkannt und ausgewertet werden. Erkennbare Strukturen werden in eng beieinanderliegenden Schichten als Labels wie „Hintergrund“ und „Objekt“ benannt.

Bei der Interpolation werden Zwischenräume bestimmt. Grundlage bilden hier manuell vorsegmentierte Schichten. Zugrundeliegende Daten des Bildes werden üblicherweise nicht berücksichtigt. Dadurch wird lediglich ein Bruchteil der zur Verfügung stehenden Information verwendet.

Biomedisa: App ist frei verfügbar

„Die manuelle Segmentierung unbekannter biomedizinischer Datensätze ist oft sehr zeitaufwendig und fehleranfällig, da sehr viele Schichten segmentiert werden müssen“, so Philipp Lösel aus der Forschungsgruppe „Data Mining and Uncertainty Quantification” (DMQ) am HITS, der Biomedisa entwickelt hat. Zur Analyse dreidimensionaler Bilddaten werde dieses Verfahren aber noch sehr häufig angewendet. In vielen Instituten sei es tatsächlich gang und gäbe, Heerscharen von speziell geschulten Studierenden extra für diese Aufgabe einzusetzen.

Biomedisa bietet hier eine schnellere, nutzerfreundlichere und genauere Lösung. Die Biomedical Image Segmentation App Biomedisa ist frei verfügbar. Die Open-Source Online-Anwendung wurde speziell für die halbautomatische Segmentierung entwickelt. Die Segmentierung basiert auf einer intelligenten Interpolation einiger weniger vorsegmentierter Schichten. Hier werden zugrunde liegende Bilddaten vollständig mit einbezogen. So können wesentlich größere Abstände zwischen den Schichten gelassen werden.

Biomedisa ermöglicht Training künstlicher neuronaler Netze

 „Biomedisa kann den Segmentierungsprozess enorm beschleunigen und liefert gleichzeitig genauere Ergebnisse als dies bei einer rein manuellen Segmentierung der Fall ist“, so Thomas van de Kamp, Biologe am KIT. Er steuerte Mikro-CT-Daten bei und evaluierte Biomedisa während des Entwicklungsprozesses. Bei der Software ist eine langwierige Konfiguration oder der Modellparameter ist nicht erforderlich. Das System kann bei verschiedenen 3D-Bildgebungsverfahren angewendet werden.

„Biomedisa ist eine Software, die in direktem Maße von den neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der GPU-Technologie (Graphics Processing Unit) profitiert. Sie wurde speziell für die Verwendung von Graphikbeschleunigern entwickelt, um die stetig zunehmende Menge an Bilddaten zu verarbeiten“, resümiert Lösel zusammen. Zusätzlich bietet Biomedisa eine Menge weiterer Funktionen. Das System kann Ausreißer entfernen oder Löcher füllen sowie Oberflächen glätten. Außerdem können die Daten mit einer 3D-Rendering-Software visualisiert und geteilt werden.

Biomedisa ermöglicht zudem das Training künstlicher neuronaler Netze. So kann die Segmentierung vollständig automatisiert ablaufen, falls eine Vielzahl ähnlicher Strukturen segmentiert wird, wie es beispielsweise beim menschlichen Herzen der Fall ist. Das ermöglicht numerische Simulationen. Sie helfen Ärztinnen und Ärzte im Krankenhaus bei der Planung chirurgischer Eingriffe.

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