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Improving the Segmentation and Visualization of Intracranial Aneurysms in 3D Angiograms

When segmenting and visualizing intracranial aneurysms in three-dimensional (3D) angiograms, there is often a tendency to overemphasize the neck of the aneurysm, whereas its nature plays a crucial role in the morphological analysis for selecting the appropriate interventional procedure. Using two-dimensional (2D) angiographic imaging, the true morphology can be more accurately assessed if the projection direction is appropriate. On the one hand, such 2D data are obtained in the form of additional high-resolution images during diagnosis or intervention. On the other hand, they are available in the form of lower resolution 2D raw data from the acquisition of the 3D images themselves.

In this thesis, both types of 2D images will be tested for their suitability to be used as an automated mask for the optimization of 3D visualization and segmentation in order to improve the morphological quality of 3D visualization and segmentation.

The implementation will be done in Python using the open source tools Visualization Toolkit (VTK – https://vtk.org) for segmentation and visualization and if necessary Insight Toolkit (ITK – https://itk.org) or SimpleITK (https://simpleitk.org) for any necessary registration between 2D and 3D image series.

Type: Bachelor/ or Master Thesis

Requirements: Good skills in scientific reading; critical thinking; good skills in programming (Python, VTK and related toolkits) 

Ausschreibung Studentische Hilfskraft

Wir suchen eine studentische Hilfskraft für die Überarbeitung von Vorlesungsfolien. Die Tätigkeit umfasst eine
monatliche Arbeitszeit von 40 Stunden.

Einstellungsvoraussetzungen:

  • Sehr gute Deutsch und Englisch Kenntnisse
  • Gute Kenntnisse in R und R Markdown
  • Sehr hohe Motivation
  • Strukturiertes und organisiertes Arbeiten

Deine Aufgaben:

  • Überführung von Vorlesungsfolien aus Latex nach Decker (ein Softwarewerkzeug zum Erstellen von interaktiven Webpräsentationen, dass auf R Markdown basiert)
  • Übersetzen der finalen Vorlesungsfolien von Deutsch auf Englisch

Wir bieten Dir:

  • Eine langfristige Anstellungsmöglichkeit mit flexiblen Arbeitszeiten
  • Bis auf regelmäßige Treffen mit den Betreuern (1-2 Mal pro Monat) an der FIN kannst du von überall arbeiten

Adapted InfoVis Graphics to Communicate Medical Data

The comprehensible communication of medical research to the broad public plays an important role in many situations, such as education about preventive examinations or vaccinations. Recently, narrative visualization, i.e. the combination of storytelling techniques with interactive graphics is used to communicate scientific findings. A variety of information visualizations such as diagrams and 2D maps have been used to visually communicate scientific findings. However, little research has been done on how comprehensible annotated diagrams such as bubble charts or medical expert diagrams such as Kaplan-Meier plots are for the broad public or how these representations need to be adapted.

Goal: The goal should be to investigate different information visualization techniques regarding their suitability to visually communicate medical information to the broad public. Based on this analysis, guidelines should be derived on how information visualizations need to be adapted to become understandable for people without specific medical background knowledge. The adapted visualizations should be evaluated with participants from the broad public to validate their understandability.

Type: Bachelor/ or Master Thesis (Team project (2 FIN students) would also be possible)

Requirements: Good skills in scientific reading; critical thinking; good skills in graphics programming (exact languages like D3 or OpenGL can be chosen freely) 

References
[1] Morris, T., et al. “Proposals on Kaplan–Meier plots in medical research and a survey of stakeholder views: KMunicate.” BMJ open 9.9 (2019): e030215.: https://bmjopen.bmj.com/content/9/9/e030215.abstract
[2] Drucker, S., et al. “Communicating data to an audience.” In Data-driven storytelling, pp. 211-31. AK Peters/CRC Press, 2018: chrome-extension://oemmndcbldboiebfnladdacbdfmadadm/https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02310515/document
[3] Meuschke, M., et al. “Towards Narrative Medical Visualization.” arXiv preprint arXiv:2108.05462 (2021).: https://arxiv.org/abs/2108.05462

Develop VR/Web Radiochemistry Application for Students

VR Laboratory

Within the European A-CINCH project, which addresses the loss of the young generation’s interest for nuclear knowledge, virtual experiments are developed.

Tasks:

  • Develop a radiochemistry experiement as a VR and web application
  • Evaluate its user experience and usability

The project has to be realised in the game engine Unity, thus the following is required:

  • Knowledge of basic computer graphics
  • Experience with C# and Unity

Master Thesis: Deep Learning Based Segmentation Task of medical CT-Images based on advanced Preprocessing

Current state:

The chances of success of tumor treatment are highly dependent on the patient’s physical condition. In everyday clinical practice, the patient’s BMI is calculated for this purpose. However, this is a rather inaccurate measure, since the distribution of muscle to fat tissue is a decisive indicator. For a more accurate evaluation, the patient’s CT images must be evaluated. However, this is a time-consuming task.

Scope of the thesis:

This work is intended to address the problem. Currently, data are being acquired in clinical practice and segmented by experts. These are CT data sets in which muscle and fur tissues were segmented in one layer. Your task is to create an automatic segmentation using Deep Learning methods. Subsequently, the segmented regions are to be evaluated with the help of a measure. The explicitly mentioned preprocessing step is to split the given segmentation (symmetry of the body) to provide more data to the network during the learning process. An optional extension would be the automatic selection of the layer in which the evaluation should take place.

We offer:

  • interesting clinically relevant research
  • support in technical questions and writing of the thesis

We expect:

  • good programming skills (Python)
  • knowledge of image processing
  • experience with Deep Learning and frameworks (Pytorch, Tensorflow, Keras)
  • good study achievements

Effiziente Visualisierung von Blutgefäßbäumen mit Hervorhebung pathologischer Bereiche

Erkrankungen des Blutkreislaufs gehören zu den am weitesten verbreiteten Krankheiten in Industrienationen. So starben alleine in Deutschland im Jahr 2001 insgesamt 290.000 Personen an Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems. Zuverlässige Diagnosesysteme und eine Verbesserung bestehender Verfahren sind daher von großer Bedeutung. Eine zentrale Aufgabe stellt hierbei eine geeignete Visualisierung des segmentierten Blutflußbaums beziehungsweise einzelner, erkrankter Abschnitte der Blutgefäße dar.

Diese Diplom-/Masterarbeit ist Teil eines Projekts zur vollautomatischen Segmentierung und Interpretation des arteriellen Gefäßbaums. Hierzu werden Verfahren entwickelt um unter Verwendung von anatomischen Hintergrundwissen, das in einem Referenzmodell abgelegt ist, den Gefäßbaum zu segmentieren. Anschließend soll die Diagnose durch geeignete Interpretation der Segmentierung optimal unterstützt werden. Die Grundlage des Systems sind dabei CT-Bilder, in denen Gefäße durch Kontrastmittel von umgebendem Gewebe hervorgehoben dargestellt werden.

Der Aufgabenbereich dieser Diplom-/Masterarbeit umfasst folgende Punkte:

  • Effiziente Erzeugung eines Oberflächennetzes aus einem Graphen bestehend aus Gefäßmittelpunkten und zugehörigen Konturen
  • 3D Visualisierung des Oberflächennetzes mit Hervorhebung der Abweichungen zwischen Segmentierung und Referenzmodell
  • Visualisierung pathologischer Bereiche, wie Stenosen, Aneurysmen und Kalzifikationen

Voraussetzung für eine erfolgreiche Durchführung der Arbeit sind Kenntnisse der Computergraphik/Visualisierung sowie der Programmierung mit C++, wünschenswert ist außerdem Erfahrung in medizinischer Bildverarbeitung

Literatur: T. Beck, C. Biermann, D. Fritz et al.: “Robust model-based centerline extraction of vessels in CTA data”, Proc. SPIE, Vol. 7259, 2009
S. Grosskopf, C. Biermann, K. Deng et al.: “Accurate, fast, and robust vessel contour segmentation of CTA using and adaptive self-learning edge model”, Proc. SPIE, Vol. 7259, 2009

Master-Arbeit: Evaluierung von Techniken zur Selektion von Objekten in dreidimensionalen Darstellungen

Chirurgische Eingriffe an der Leber, etwa zur Entfernung von Tumoren, gelten aufgrund der komplexen Struktur der Blutversorgung innerhalb der Leber als besonders schwierig. Für eine erfolgreiche Operation ist die genaue Kenntnis des Verlaufs der Blutgefäße von entscheidender Bedeutung, da sich an ihnen die Schnittführung der Resektion orientiert.

Diese Diplomarbeit ist eingebettet in ein Projekt, dessen Ziel ein neuartiges Planungssystem für Leberoperationen ist. In Kooperation mit klinischen Partnern sollen neue Verfahren entwickelt werden, um insbesondere die Diagnose, chirurgische Therapie und Verlaufskontrolle vonLebertumoren sicherer und effizienter zu gestalten und so die Heilungschancen von Patienten wesentlich zu verbessern. Die Grundlage des Systems bilden dabei CT-Bilder, da diese die Anatomie der Leber optimal darstellen.

Die Aufgabenstellung der Diplomarbeit umfasst folgende Punkte:

  • Integration einer gegebenen Blutgefäßsegmentierung in das Planungssystem
  • 3D Visualisierung der segmentierten Gefäße und anderer segmentierter Strukturen wie Tumore zur intuitiven Operationsplanung
  • Entwicklung von Mechanismen zur Editierung und Annotation der verschiedenen Lebergefäßbäume mit minimaler Nutzerinteraktion
  • Berechnung und Visualisierung von Parametern wie Abständen zwischen Gefäßen und bereits segmentierten Tumoren, Hervorhebung möglicher Risiko-Strukturen
  • Semi-automatische Definition von funktionalen Lebersegmenten und Resektionsarealen

Voraussetzung für eine erfolgreiche Durchführung der Arbeit sind Kenntnisse der Computergraphik/Visualisierung sowie der Programmierung mit C++, wünschenswert ist außerdem Erfahrung in medizinischer Bildverarbeitung.

Interactive Blood Flow Exploration – In collaboration with Dept. of Neurology, OVGU and Inria, France

In cerebral aneurysm research, CFD simulations allow us to gain a better understanding of the dynamics of the blood flow. The simulated flow is often visualized using integral curves resulting in cluttered “spaghetti plots”. Advanced approaches group similar curves and show only selected representatives (image). These approaches however, fail in showing the clusters’ spatial extent. In this thesis, an interactive approach facilitating a continuous transition between the full set of integral curves and an uncluttered abstracted visualization shall be developed. Browsing back and forth through various levels of abstraction shall allow the user to grasp both, the general structure of the blood flow pattern as well as the spatial extent of individual substructures.

Requirements: Good to very good programming skills (C++) are mandatory

3D-Stereoverfahren für die Herzchirurgie

Im Rahmen der Arbeit sollen Stereoverfahren für die 3D-Rekonstruktion von Strukturen aus intraoperativen Endoskopiebildern entwickelt werden. Die Arbeit wird in enger Kooperation zwischen der Fakultät Informatik der OvGU Magdeburg (Dr. Sandy Engelhardt) und der Herzchirurgie des Universitätsklinikums Heidelberg (Prof. De Simone) durchgeführt. Weitere Themen für Abschlussarbeiten sind vorhanden. Melden Sie sich gern bei Interesse.

Aufgaben

  • Meshing einer rekonstruierten 3D-Punktewolke
  • Texturierung der Oberfläche
  • Fusion von verschiedenen Ansichten zu einem Mesh

Anforderungen: Programmiererfahrung in C++ (OpenCV- Kenntnisse hilfreich)