SegmentierungSegmentierung

in der medizinischen in der medizinischen BildverarbeitungBildverarbeitung

DefinitionDefinition

Teilgebiet der digitalen BildverarbeitungTeilgebiet der digitalen Bildverarbeitung

Inhaltlich zusammenhängende BereicheInhaltlich zusammenhängende Bereiche PixelPixel KantenKanten RegionenRegionen TexturenTexturen ModelleModelle

Anwendung in der MedizinAnwendung in der Medizin

CT (Computer Tomographie)CT (Computer Tomographie)

RöntgenRöntgen

„„Sono Abdomen“Sono Abdomen“

EchokardiographieEchokardiographie

EndoskopieEndoskopie

VerfahrenVerfahren

Generell:Generell: automatischeautomatische semiautomatischesemiautomatische

PixelorientiertPixelorientiert

KantenorientiertKantenorientiert

RegionsorientiertRegionsorientiert

ModellbasiertModellbasiert

TexturbasiertTexturbasiert

Pixelorientierte VerfahrenPixelorientierte Verfahren

für jeden Pixel das Segment entschiedenfür jeden Pixel das Segment entschieden

beliebig viele Segmentebeliebig viele Segmente

kann von Umgebung abhängenkann von Umgebung abhängen

keine geschlossenen Segmentekeine geschlossenen Segmente

Otsu Nobuyuki 1979Otsu Nobuyuki 1979

SchwellwertverfahrenSchwellwertverfahren

wird am häufigsten angewandtwird am häufigsten angewandt

eines der ältesten Verfahreneines der ältesten Verfahren

eindimensionaler Wert…eindimensionaler Wert… GrauwertGrauwert

……wird mit Schwellwert verglichenwird mit Schwellwert verglichen

Segmente Segmente ≤ Schwellwerte + 1≤ Schwellwerte + 1

Binäres BildBinäres Bild

Bei einem SchwellwertBei einem Schwellwert

Zwei SegmenteZwei Segmente

Mehr als 2 SegmenteMehr als 2 Segmente

Durch Angabe von mehreren Durch Angabe von mehreren SchwellwertenSchwellwerten

SchwellwertdefinitionSchwellwertdefinition

GlobalGlobal Schwellwerte für das ganze BildSchwellwerte für das ganze Bild

LokalLokal Schwellwerte für Bereiche des BildesSchwellwerte für Bereiche des Bildes

DynamischDynamisch Schwellwert je nach UmgebungSchwellwert je nach Umgebung

Kantenorientierte VerfahrenKantenorientierte Verfahren

Übergänge zwischen Segmenten (Kanten) Übergänge zwischen Segmenten (Kanten) erkennenerkennen

Algorithmus liefert meist keine Algorithmus liefert meist keine geschlossenen Kantenzügegeschlossenen Kantenzüge

Nachbesserung erforderlichNachbesserung erforderlich

Bekannte Verfahren: Live - Wire, Bekannte Verfahren: Live - Wire, Wasserscheidentransformation (Medizin, Wasserscheidentransformation (Medizin, CT) CT)

Kantenorientierte VerfahrenKantenorientierte Verfahren

Ablauf kantenorientierter SegmentierungAblauf kantenorientierter Segmentierung glätten des Bildes (original Bild meist glätten des Bildes (original Bild meist

verrauscht) verrauscht) z.B. Medianfilterz.B. Medianfilter

Detektion von Kanten Detektion von Kanten SobeloperatorSobeloperator

Nachbesserung, Nachbesserung, falsche Kanten entfernen, falsche Kanten entfernen,

nicht erkannte Kanten hinzufügennicht erkannte Kanten hinzufügen

MedianfilterMedianfilter

Glättung des BildesGlättung des Bildes Nichtlinearer FilterNichtlinearer Filter Isolierte Störungen Isolierte Störungen

werden ohne werden ohne Nebeneffekte eliminiertNebeneffekte eliminiert

Kanten und Kanten und Grauwertverläufe Grauwertverläufe bleiben unverändertbleiben unverändert

Sobel OperatorSobel Operator

Linearer Filter zur KantendetektionLinearer Filter zur Kantendetektion Anwendung des Operators durch FaltungAnwendung des Operators durch Faltung Filterkern mittig über jeden Pixel legenFilterkern mittig über jeden Pixel legen Summe über alle 9 Pixel berechnenSumme über alle 9 Pixel berechnen Schwarz-Weiß-Übergängen liefert Minima bzw. MaximaSchwarz-Weiß-Übergängen liefert Minima bzw. Maxima Robust gegen leichtes rauschenRobust gegen leichtes rauschen

Kantenorientierte VerfahrenKantenorientierte VerfahrenWasserscheidentransformationWasserscheidentransformation

Grauwertunterschiede Grauwertunterschiede als Relief dargestelltals Relief dargestellt

Werte in Berge und Werte in Berge und Täler umgesetztTäler umgesetzt

Gebirgslandschaft mit Gebirgslandschaft mit Wasser geflutetWasser geflutet

Dämme werden Dämme werden simuliert simuliert (Objektgrenzen)(Objektgrenzen)

WasserscheidentransformationWasserscheidentransformation

ProblematikProblematik Ergebnisse meinst stark übersegmentiertErgebnisse meinst stark übersegmentiert Ergebnis unkorrekt (Bildrauschen)Ergebnis unkorrekt (Bildrauschen)

Filterverfahren Filterverfahren Ergebnis abhängig vom Ausgangsbild Ergebnis abhängig vom Ausgangsbild

(Körperteil)(Körperteil)

WasserscheidentransformationWasserscheidentransformation

Beispiel für eine brauchbare Anwendung ist das Beispiel für eine brauchbare Anwendung ist das Schädel-CT.Schädel-CT.

WasserscheidentransformationsvariantenWasserscheidentransformationsvarianten

Hierarchische WasserscheidentransformationHierarchische Wasserscheidentransformation Automatisches VerfahrenAutomatisches Verfahren Ergebnis als Graph dargestelltErgebnis als Graph dargestellt Rekursiv Rekursiv Problem: Wasserscheiden werden immer breiterProblem: Wasserscheiden werden immer breiter

Markerbasierte WasserscheidentransformationMarkerbasierte Wasserscheidentransformation Semiautomatisches VerfahrenSemiautomatisches Verfahren Nicht alle Bereiche geflutetNicht alle Bereiche geflutet Interaktiv oder morphologische OperationenInteraktiv oder morphologische Operationen

Interaktive WasserscheidentransformationInteraktive Wasserscheidentransformation Semiautomatisches VerfahrenSemiautomatisches Verfahren Anteil an Interaktion größerAnteil an Interaktion größer Include- und Exclude-Punkte Include- und Exclude-Punkte Besten Ergebnisse Besten Ergebnisse

ZusammenfassungZusammenfassung

Manuelle Segmentierung zuverlässig, aber Manuelle Segmentierung zuverlässig, aber hoher Zeitaufwandhoher Zeitaufwand

Vollständig automatische Segmentierung Vollständig automatische Segmentierung möglichmöglich Funktioniert nicht überall, Anwendungsbereich Funktioniert nicht überall, Anwendungsbereich

eingeschränkt eingeschränkt

Semiautomatische Segmentierung gutSemiautomatische Segmentierung gut Viele Interaktionen mit BenutzerViele Interaktionen mit Benutzer

Die Zeit ist umDie Zeit ist um

Vielen Dank für die AufmerksamkeitVielen Dank für die Aufmerksamkeit