CeVis
  1. Center of Complex Systems and Visualization
  2. Lehre
  3. Oberseminar

In dem regelmäßig stattfindenden Oberseminar tragen Gäste aus aller Welt über Forschungsarbeiten zu Themen vor, die mit der Arbeit von CeVis und MeVis in Verbindung stehen, und Mitarbeiter von CeVis und MeVis präsentieren ihre neusten Ergebnisse.

Program for the Winter-Semester 2005-2006

19.10.2005, 11:00
Winged Edge Meshes (WEMs)
Date: 19.10.2005
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Olaf Konrad-Verse
MeVis

Winged Edge Meshes (WEMs)

Zur Oberflaechendarstellung koennen Dreiecksgitter in einem bestimmten Datenformat benutzt werden. Ein solches Format ist das 'Winged-Edge Mesh'. Eine Trennung von interner Datenstruktur und ihrer Visualisierung ermoeglicht es auf MeVisLab-Netzwerkebene, eine Reihe von prozessierenden Algorithmen auf ein Dreiecksgitter anzuwenden. In dem Vortrag soll ein Ueberblick ueber die Winged-Edge Meshes gegeben sowie einige Algorithmen naeher erlaeutert werden.

Olaf Konrad-Verse , MeVis
26.10.2005, 11:00
MeVisLab in der akademischen Lehre: Erfahrungen aus dem Übungsbetrieb.
Date: 26.10.2005
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Hans Drexl
MeVis

MeVisLab in der akademischen Lehre: Erfahrungen aus dem Übungsbetrieb.

Der Vortrag referiert die Erfahrungen, die im Verlauf der Übungen zur Vorlesung "Medizinische Bildverarbeitung" an der Universität Bremen im Sommersemester 05 gesammelt wurden. Bei dieser Veranstaltung wurde MeVisLab intensiv für die Bearbeitung der Übungsufgaben eingesetzt. Es wird auf spezifischen Vorteile von MeVisLab in der akademischen Lehre sowie (leicht zu vermeidende) "Fallstricke" besprochen. Abschliessend wird versucht, Empfehlungen für den optimalen Einsatz von MeVisLab im Rahmen derartiger Veranstaltungen zu geben.

Hans Drexl , MeVis
02.11.2005, 11:00
Segmentierung durch veränderbare Modelle
Date: 02.11.2005
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Prof. Dr. Klaus D. Tönnies
AG Bildverarbeitung/Bildverstehen, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Segmentierung durch veränderbare Modelle

Segmentierung erzeugt Strukturen aus Pixeln, deren Aussagekraft für eine Klassifikation genügt. Eine modellbasierte Segmentierung vermischt jedoch den Segmentierungsbegriff mit Elementen der Klassifikation. Segmente, die einem vorgegebenen Modell entsprechen, werden vom Hintergrund unterschieden. Neben Attributen eines Segmentierungsverfahrens sind auch die aus der Klassifikation bekannten Fähigkeiten zu Spezialisierung und Generalisierung durch Training für die Beurteilung eines solchen Verfahrens relevant. Ersteres stellt den Erfolg einer Unterscheidung zwischen gesuchten und nicht gesuchten Strukturen sicher und letzteres garantiert die korrekte Abstraktion der Objekt charakterisierenden Merkmale.

Bei veränderbaren Modellen über Form und Erscheinungsweise von gesuchten Objekten erfolgt Spezialisierung durch Parametrisierung und Generalisierung durch Parameteradaption. Gesuchte Objekte werden durch Durchschnittsmerkmale und die erwartete Variation repräsentiert, wobei beides adaptierbar bzw. trainierbar ist. Die AG Bildverarbeitung in Magdeburg setzt sich seit einigen Jahren mit unterschiedlichen Ansätzen von veränderbaren Modellrepräsentationen auseinander, die ich im Rahmen des Vortrags vorstellen und bezüglich ihrer Anwendungsgebiete charakterisieren werde. Im Wesentlichen ist dabei zwischen impliziten und expliziten Modellrepräsentationen zu unterscheiden, sowie zwischen trainierter, statistischer und vorgegebener, physikalischer Repräsentation der erwarteten Objektvariation. Der Einsatz dieser Modelle wird an verschiedenen Anwendungen zur Registrierung und Segmentierung medizinischer und biologischer Daten demonstriert.


Prof. Dr. Klaus D. Tönnies , AG Bildverarbeitung/Bildverstehen, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
16.11.2005, 11:00
Spectral properties of multidimensional Rudin-Shapiro, Paperfolding and Thue-Morse sequences.
Date: 16.11.2005
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Dr. André Barbe
Katholieke Universiteit Leuven

Spectral properties of multidimensional Rudin-Shapiro, Paperfolding and Thue-Morse sequences.

Abstract as PDF-File

Dr. André Barbe , Katholieke Universiteit Leuven
23.11.2005, 11:00
Summing “digital” series using Hurwitz zeta and Gamma functions
Date: 23.11.2005
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Prof. Dr. Jean-Paul Allouche
CNRS, LRI, Paris XI, France

Summing “digital” series using Hurwitz zeta and Gamma functions

Abstract as PDF-File

Prof. Dr. Jean-Paul Allouche , CNRS, LRI, Paris XI, France
28.11.2005, 11:00
Einführung in Finite Elemente Methoden
Date: 28.11.2005
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Andreas Weihusen
MeVis

Einführung in Finite Elemente Methoden

Finite-Elemente-Methoden sind numerische Verfahren zur näherungsweisen Lösung partieller Differentialgleichungen mit Randbedingungen. In diesem Seminar soll ein Überblick über die Idee und die notwendigen Grundlagen der finiten Elemente gegeben werden. Mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methoden soll dann der Weg vom mathematischen Problem zum Lösungsalgorithmus auf dem Computer dargestellt werden.

Andreas Weihusen , MeVis
07.12.2005, 15:00
Some Aspects of RFA Simulation – Adaptivity and More
Date: 07.12.2005
Time: 15:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Dr. Tim Kröger
CeVis, Universität Bremen

Some Aspects of RFA Simulation – Adaptivity and More

This talk covers some selected aspects of the numerical simulation of radio-frequency ablation of hepatic tumors. The main ideas of the modeling and discretization (using Finite Elements in space and a semi-implicit scheme in time) will be explained. Several questions that arise when adaptivity is to be implemented will also be addressed. The talk closes with a discussion about the problem that arises when modeling monopolar probes and possible solutions to this problem.

Dr. Tim Kröger , CeVis, Universität Bremen
08.12.2005, 17:00
Optimale Steuerung mit Differentialgleichungen
Date: 08.12.2005
Time: 17:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Inga Altrogge
CeVis, Universität Bremen

Optimale Steuerung mit Differentialgleichungen

Optimierungsprobleme sind Probleme, bei denen es um die Extremwertbestimmung von Funktionen unter einer Reihe von Nebenbedingungen geht. Optimale Steuerprozesse sind mathematische Modelle für real existierende zeitliche Abläufe, die gezielt gelenkt werden sollen. Ein Beispiel für ein Optimierungsproblem ist die Positionierung und Orientierung des Applikators bei der RF-Ablation. Ein Beispiel für einen optimalen Steuerprozess ist die zeitabhängige Steuerung der Energiezufuhr während der Ablation. Beide Probleme (mit Gewicht auf dem Ersteren) sollen in diesem Vortrag vorgestellt werden, und darüber hinaus sollen einige erste Ergebnisse zum Applikatorpositionierungsproblem gezeigt werden.

Inga Altrogge , CeVis, Universität Bremen
13.12.2005, 14:00
Herausforderungen moderner Schnittbildverfahren an eine Radiologische Abteilungen
Date: 13.12.2005
Time: 14:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Priv.-Doz. Dr. med. Dipl.-Phys. Heinz-Peter Schlemmer
Universitätsklinikum Tübingen, Radiologische Klinik

Herausforderungen moderner Schnittbildverfahren an eine Radiologische Abteilungen

In dem Vortrag werden die technologischen und medizinischen Möglichkeiten der modernen CT, MRT und PET/CT-Technologie aufgezeigt und die sich hieraus ergebenden Chancen und Herausforderungen vor dem Hintergrund der enorm gesteigerten Datenaufkommen diskutiert. Darauf aufbauend sollen neue Wegen zur Befunderhebung und Dokumentation erwogen werden.

Priv.-Doz. Dr. med. Dipl.-Phys. Heinz-Peter Schlemmer , Universitätsklinikum Tübingen, Radiologische Klinik
14.12.2005, 11:00
Binäre vollständige Zahlensysteme in höheren Dimensionen
Date: 14.12.2005
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Dr. Fritz von Haeseler
Katholieke Universiteit Leuven

Binäre vollständige Zahlensysteme in höheren Dimensionen

Abstract as PDF-File

Dr. Fritz von Haeseler , Katholieke Universiteit Leuven
21.12.2005, 11:00
Effiziente Rendering- und Kollisionserkennungs- Algorithmen für zeitkritische Anwendungen
Date: 21.12.2005
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Dr. Jan Klein
MeVis

Effiziente Rendering- und Kollisionserkennungs- Algorithmen für zeitkritische Anwendungen

This talk deals with efficient rendering and collision detection algorithms for point-based and polygon-based models.
  • We present a new data structure, the randomized sample tree, for rendering highly complex virtual environments that cannot be stored in main memory, but only on a local or remote hard disk.
  • We propose a technique that allows for increasing the speed of collision detection by decreasing its quality.
  • We give a new definition of an implicit surface over a noisy point cloud based on the weighted least squares approach.
  • We show that artifacts are reduced and the bandwidth and boundaries can automatically be determined.
  • We propose a point cloud hierarchy for collision detection between point clouds. Our interpolation search can be used to find intersection points efficiently.

Dr. Jan Klein , MeVis
11.01.2006, 11:00
Numerical Simulation of Transport and Diffusion in Drainage Media
Date: 11.01.2006
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Ole Schwen
INS, Universität Bonn

Numerical Simulation of Transport and Diffusion in Drainage Media

Bei der Simulation der Radiofrequenz-Ablation von Lebertumoren treten unter anderem folgende Effekte auf: * Wärmeleitung innerhalb des Gewebes * Blutfluss durch ein venöses und ein arterielles Adersystem * Wärmeaustausch zwischen Gewebe und Adersystemen Anhand eines groben Modells werden in diesem Vortrag Werkzeuge für eine numerische Simulation dieser Effekte vorgestellt und untersucht: Der Transport wird mit einem geeigneten ELLAM gerechnet, die Wärmeleitung mit finiten Elementen.

Ole Schwen , INS, Universität Bonn
18.01.2006, 11:00
Image Registration using GPUs
Alexander Köhn , MeVis
25.01.2006, 11:00
Simulation Science: The Modeling of Real-World Problems
Date: 25.01.2006
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Prof. Dr. R. M. Kirby
SCI, University of Utah, USA

Simulation Science: The Modeling of Real-World Problems

The solution of real-world computational science and engineering problems requires a knowledge of the application domain, sufficient mathematical sophistication to numerically model the problem through simulation, a breadth of knowledge in high-performance computing techniques to solve the simulation on available hardware, and a familiarity with post-processing and visualization techniques for making sense of the torrent of data produced by your simulation. Simulation science is precisely this endeavor --- the synergy of many different areas so as to solve large real-world problems through computational simulation. In this talk, I will discuss my efforts at accomplishing simulation science. Specifically, I will discuss my work on the use of high-order numerical methods combined with high-performance computing for solving problems in computational fluid dynamics, computational mechanics, fluid-structure interaction and computational biology.

Prof. Dr. R. M. Kirby , SCI, University of Utah, USA
01.02.2006, 11:00
Erweiterte Datentypen in der ML
Wolf Spindler , MeVis
08.02.2006, 11:00
A Framework for GPU computations under MeVisLab
Dr. Felix Ritter , MeVis
15.02.2006, 11:00
A Mumford-Shah approach to optical flow extraction
Date: 15.02.2006
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Dr. Tobias Preusser
CeVis, Universität Bremen

A Mumford-Shah approach to optical flow extraction

The estimation of optical flow fields from image sequences is incorporated in a Mumford--Shah approach for image denoising and edge detection. Possibly noisy image sequences are considered as input and a piecewise smooth image intensity, a piecewise smooth motion field, and a joint discontinuity set are obtained as minimizers of the functional. The method simultaneously detects image edges and motion field discontinuities in a rigorous and robust way. It comes along with a natural multi--scale approximation that is closely related to the phase field approximation for edge detection by Ambrosio and Tortorelli. We present an implementation for 2D image sequences with finite elements in space and time. It leads to three linear systems of equations, which have to be iteratively in the minimization procedure. Numerical results underline the robustness of the presented approach and different applications are shown.

Dr. Tobias Preusser , CeVis, Universität Bremen
22.02.2006, 15:00
Orthogonale Polarisierte Spektrale Bildgebung (OPS A/R-Imaging)
Lars Michaelis , MeVis
03/22/06, 14:15
Quantitative Cardiac Perfusion Evaluation using First-Pass Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging
Date: 03/22/06
Time: 14:15:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Dr. Alexandru Cernicanu
Geneva University Hospital

Quantitative Cardiac Perfusion Evaluation using First-Pass Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging

The measurement of the blood flow to the myocardium (or cardiac perfusion) is important for the clinical assessment of ischemia. Magnetic resonance imaging (MRI) may provide a technique for the quantitative assessment of cardiac perfusion that is potentially superior to other imaging modalities. However, to date, there is no standard method for the quantitative assessment of cardiac perfusion with MRI. This dissertation describes the development and implementation of a method for measuring the absolute blood flow in the myocardium in ml/min/g of tissue. This method includes: modifications to the fast gradient echo - echo planar imaging pulse sequence typically used for the acquisition of a time series of T1-weighted images in first-pass contrast-enhanced perfusion studies; a novel theory-based image signal calibration approach; a study of the spatial homogeneity of the preconditioning saturation RF pulses used to achieve T1-weighting; the development of an integrated GUI-based software for image processing and analysis; a tracer kinetics model used to generate blood flow estimates from observed tracer concentration-time curves. Our novel theory-based image signal calibration method relies on normalization of the T1-weighted images by an initial proton density-weighted image, the use of robust saturation RF pulses for consistent T1 weighting, and dual-delay-time acquisitions for improving the dynamic range of the arterial input function determination. The signal calibration technique is used to map signal-time curves that correspond to the dynamic image enhancement during the passage of the tracer bolus through the heart to T1-time curves, and then to corresponding [Gd]-time curves. The [Gd]-time curves for the left ventricular cavity and the myocardium represent the inputs to the tracer kinetics model, which is used to fit the observed data and generate blood flow estimates. The described quantitative cardiac perfusion measurement method is used to measure blood flow in preliminary in vivo studies. We obtain reasonable absolute blood flow for rest and stress, and we see a clear increase in myocardial blood flow during adenosine stress. We conclude that this method can constitute the basis for a future clinically-oriented quantitative evaluation of cardiac perfusion.

Dr. Alexandru Cernicanu , Geneva University Hospital
03/23/06, 11:00
Feasibility of Magnetic Resonance Imaging-guided Radiofrequency Ablation of Liver Tumors
Date: 03/23/06
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Dr. Alexandru Cernicanu
Geneva University Hospital

Feasibility of Magnetic Resonance Imaging-guided Radiofrequency Ablation of Liver Tumors

Radiofrequency (RF) thermal ablation of liver tumors is achieved by applying alternative current with a frequency of the order of 500 kHz through the tumor via one or more needles with active (conductive) electrode tips. The current circulates between the anode and cathode electrodes (which can be on the same needle for bipolar electrodes) and heats the tissue through resistive heating, leading to coagulation necrosis of tumor cells when appropriate levels of energy are delivered for an appropriate duration. The needles are typically inserted percutaneously, and their placement (targeting) needs to be guided by radiographic imaging. In addition to targeting, radiographic imaging is also used in planning, monitoring, controlling, and assessing treatment response. The interest of performing RF ablation procedures under MRI is multifold: MRI enables targeting of small tumors not visible under ultrasound (US) imaging; it has the potential to provide real-time electrode placement guidance through interactive MR imaging packages available on new MR systems (the Siemens 1.5 T Espree MR system will arrive in June 2006 at our institution); it is the only radiographic technique that can provide in vivo thermometry during the ablation procedure and thus ensure appropriate monitoring. The proton resonance frequency (PRF) method tends to be the method of choice for MR relative temperature mapping as the water PRF is linearly proportional to temperature, tissue-independent, and the method has a satisfactory temperature sensitivity. The resulting temperature time maps enable the calculation of thermal dose, which is then used for predicting tissue coagulation necrosis and thus determining the optimal cut-off point of the energy application. Preliminary in vivo tests were performed at our institution on 4 domestic pigs. RF ablation with a bipolar electrode (Celon, Germany) was performed with power ranging from 20 to 50 W and the final cut-off was determined by the RF generator impedance-controlled algorithm. The Celon RF generator signal needs to be filtered with notch LC filters placed along the transmission line of the electrodes just after the output of the RF generator, at the entry of the Faraday cage, as well as at the end of the transmission line, close to the electrodes, to avoid the deterioration of image SNR. Images are dynamically exported to a remote workstation immediately upon reconstruction and the calculations, color-coded temperature maps and thermal dose displays were implemented into the Thermoguide software (Image Guided Therapy, France). Despite respiratory triggering, residual motion needs to be corrected. Motion correction algorithms are implemented in this software and they are essential for the calculation of correct temperature maps. Coagulation necrosis zones can be predicted with this method, and the validation of these predictions can be performed against post-evaluation MR images and histological data.

Dr. Alexandru Cernicanu , Geneva University Hospital

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