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 Summer-Semester 2009

16.04.2009, 11:00
Feature Based Rigid Registration of Vascular Structures for Liver Surgery
Date: 16.04.2009
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Ara Yeramian
University of Lübeck

Feature Based Rigid Registration of Vascular Structures for Liver Surgery

Intra-operative intervention monitoring is an important task in determining if a surgical procedure is being proceeded with exactly as planned, or modifications need to be executed. This thesis presents a complete 3D US to CT/MR registration scheme for the liver. The presentation will cover the following points:
  • US image sequence processing and segmentation of vascular structures.
  • Introduction to elliptical Fourier analysis (EFA).
  • The use of Fourier coefficients for contour classification.
  • Establishing feature based iterative closest point (FICP) registration scheme.
  • Point-pair selection method for FICP.

Ara Yeramian , University of Lübeck
29.04.2009, 12:00
Modellierung und verteilte Abarbeitung von IT-Prozessen in der Medizin
Andreas Hoheisel , Fraunhofer FIRST, Berlin
20.05.2009, 11:00
State of the art in polynomial chaos expansions for SPDEs
Torben Pätz , Jacobs University Bremen
02.06.2009, 14:00
Multimodal diagnosis of breast cancer, Part I
Prof. Dr. László Tabár , Universität Uppsala
03.06.2009, 10:00
Multimodal diagnosis of breast cancer, Part III
Prof. Dr. László Tabár , Universität Uppsala
08.06.2009, 14:00
Multimodal diagnosis of breast cancer, Part III
Prof. Dr. László Tabár , Universität Uppsala
24.06.2009, 11:00
SAFIR: A Software Assistant For Interventional Radiology
Date: 24.06.2009
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Christian Rieder
Fraunhofer MEVIS

SAFIR: A Software Assistant For Interventional Radiology

Image guided radiofrequency ablation (RFA) is becoming a standard procedure as a minimally invasive method for tumor treatment in the clinical routine. SAFIR is a software application, which has been designed to support the RF ablation workflow under consideration of the requirements of clinical routine.

Part I:
The visualization of pathological tissue and potential risk structures like vessels or important organs gives essential support in image guided pre-interventional RFA planning. In this work our aim is to present novel visualization techniques for interactive RFA planning to support the physician with spatial information of pathological structures as well as the finding of trajectories without harming vitally important tissue.

Part II:
The assessment of coagulations (ablation zones) with diseased tissue such as tumors is an essential part of the radiofrequency ablation (RFA) therapy. For this task, pre-interventional image data with segmented tumors has to be registered with post-interventinal image data containing the coagulation to visualize and quantify the area of destroyed tumor cells. In this work, we present the tumor flat map a fast technique for the visualization of all zones of an ablation together in a single view and as an interactive tool for intuitive navigation in the 3D volume rendering as well as in 2D viewers.


Christian Rieder , Fraunhofer MEVIS
01.07.2009, 15:30
Dynamic Contrast Enhanced MRT versus Steady state – MRT
Date: 01.07.2009
Time: 15:30:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Dr. Thorsten Persigehl
Institut für Klinische Radiologie, Universitätsklinikum Münster

Dynamic Contrast Enhanced MRT versus Steady state – MRT

Die Magnetresonanz Tomographie (MRT) ist in der onkologischen Bildgebung fest etabliert. Neben einer sensitiven Detektion von Tumorgrößenänderung (RECIST) können eine Reihe weiterer Parameter zur Beurteilung des Therapieansprechens mit Hilfe der MRT erhoben werden. Dabei ist eine frühzeitigere Evaluierung der Therapieeffektivität, gerade im Hinblick auf die klinische Einführung neuer kostspieliger Target-spezifischer Therapeutika in onkologische Therapieschemata, wünschenswert. Die Kontrastmittel-unterstützte dynamische (DCE) MRT erlaubt eine Beurteilung der Tumorperfusion und der Gefäßpermeabilität. Die Steady state MRT ermöglicht eine in-vivo Bestimmung des Tumorblutvolumens und eine Abschätzung des relativen mittleren Gefäßdurchmessers (1).

Die in der AG Molekulare Bildgebung Prof. C. Bremer / Prof. W. Heindel, Institut für Klinische Radiologie am Universitätsklinikum Münster weiterentwickelte Steady state- MRT basiert grundlegend auf der Annahme, dass die durch die Injektion von langzirkulierenden „blood pool“ MR- Kontrastmitteln (z.B. USPIO) hervorgerufene Änderung der R1- bzw. R2*- Relaxationsrate im „Steady state“ proportional zu dem perfundierten Gewebevolumen ist (2). In experimentellen Studien konnte gezeigt werden, dass therapeutische Effekte von anti-vaskulären Substraten wie auch von anti-angiogenen Substraten frühzeitig in Tumorxenografts visualisiert und quantifiziert werden können (3-5). Bereits nach 4-8 Stunden nach anti-vaskulärem Therapiebeginn mit einem thrombogenen Peptid (tTF-RGD) ermöglichte sowohl die ΔR2* wie auch VVF Bestimmung eine nicht-invasive Differenzierung von Respondern und Non-Resondern, welche histologisch graduiert wurden. In einer ersten klinischen Anwendung der Methode wurde ein Patientenkollektiv mit akuter myeloischer Leukämie (AML) im Vergleich zu einem gesunden Normalkollektiv untersucht. Dabei ist bekannt, dass AML Patienten eine vermehrte Angiogenese des Knochenmarkes aufweisen. Unter Verwendung von klinisch zugelassen SPIO- Eisenoxiden zeigte sich eine deutlich erhöhte vaskuläre Volumenfraktion im Knochenmark von AML-Patienten im Vergleich zum Kontrollkollektiv. Dabei korrelierten die MR-tomographischen Daten gut mit histologischen Vergleichsparametern wie der Mikrogefäßdichte und dem Expressionsgrad von VEGF-Rezeptoren (6).

Eine weitere Möglichkeit der Steady state- MRT stellt das „Vessel Size Imaging“ (VSI) dar, das theoretisch eine Abschätzung des mittleren Gefäßgrößendurchmessers in einem Voxel mit Hilfe der simultanen Messung von R2 und R2*- Effekten nach KM-Gabe ermöglicht (7, 8). Prinzipiell ist davon auszugehen, dass sich der Quotient ΔR2*/ ΔR2 linear mit der durchschnittlichen Mikrogefäßgröße in dem untersuchten Voxel ändert. Erste experimentelle Daten weisen daraufhin, dass dies potentiell ein mögliches weiteres Verfahren zur Charakterisierung der Tumormikrogefäßstruktur darstellt.

  1. Persigehl T, Heindel W, Bremer C. [Modern magnetic resonance procedures for assessing tumor response]. Radiologe 2008; 48:863-870.
  2. Dennie J, Mandeville JB, Boxerman JL, Packard SD, Rosen BR, Weisskoff RM. NMR imaging of changes in vascular morphology due to tumor angiogenesis. Magn Reson Med 1998; 40:793-799.
  3. Persigehl T, Bieker R, Matuszewski L, et al. Antiangiogenic tumor treatment: early noninvasive monitoring with USPIO-enhanced MR imaging in mice. Radiology 2007; 244:449-456.
  4. Persigehl T, Matuszewski L, Kessler T, et al. Prediction of antiangiogenic treatment efficacy by iron oxide enhanced parametric magnetic resonance imaging. Invest Radiol 2007; 42:791-796.
  5. Bieker R, Kessler T, Schwoppe C, Persigehl T, et al. Infarction of tumor vessels by NGR-peptide directed targeting of tissue factor. Experimental results and first-in-man experience. Blood 2009.
  6. Matuszewski L, Persigehl T, Wall A, et al. Assessment of bone marrow angiogenesis in patients with acute myeloid leukemia by using contrast-enhanced MR imaging with clinically approved iron oxides: initial experience. Radiology 2007; 242:217-224.
  7. Tropres I, Grimault S, Vaeth A, et al. Vessel size imaging. Magn Reson Med 2001; 45:397-408.
  8. Zwick S, Strecker R, Kiselev V, et al. Assessment of vascular remodeling under antiangiogenic therapy using DCE- MRI and vessel size imaging. J Magn Reson Imaging 2009; 29:1125-1133.

Dr. Thorsten Persigehl , Institut für Klinische Radiologie, Universitätsklinikum Münster
03.07.2009, 13:30
Computer aided development of radiofrequency ablation devices for cancer treatment
Date: 03.07.2009
Time: 13:30:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Dr. Dieter Hämmerich
Medical University of South Carolina, SC, USA

Computer aided development of radiofrequency ablation devices for cancer treatment

Heat-based therapies have been investigated as potential cancer-treatment modality for several decades. In recent years, high-temperature thermal therapies (termed 'thermal tumor ablation') have seen increased use for certain types of cancer where traditional approaches are not feasible, including liver, lung, kidney and bone cancer. During tumor ablation, a catheter is introduced into the tumor under imaging guidance, and the tumor is destroyed in tissue regions where temperature exceeds ~50 degC. This seminar will present clinical background, biophysics, and currently available devices, in particular those using radiofrequency electric current to heat tissue. Computational simulations are employed to (1) investigate effects of tissue variables (e.g. perfusion) on tissue temperature and (2) to design more effective devices. Finally, experimental results of new device designs are presented including both ex-vivo and in-vivo studies towards translation into clinical application.

Dr. Dieter Hämmerich , Medical University of South Carolina, SC, USA
15.07.2009, 11:00
MRI-based Thermal Ablation Guidance and Monitoring
Date: 15.07.2009
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Florian Maier
DKFZ, Heidelberg

MRI-based Thermal Ablation Guidance and Monitoring

There is an increasing interest in the use of non- and minimally invasive thermo therapies like radio frequency, laser or focused ultrasound ablation (FUS) for tumor treatment. Magnetic resonance (MR-)based online monitoring of these thermal ablation procedures allows for a dynamic re-adjustment of treatment parameters during the procedure to optimize therapy outcome.

A universal software tool called TAM (Thermal Ablation Monitoring) for online MR monitoring of several thermal ablation methods was developed. Based on the proton resonance frequency (PRF) shift method, temperature maps and thermal dose maps are calculated with TAM in real time to quantify the induced tissue damage.

The software was combined with an MR compatible robotic device and a dedicated segmented EPI pulse sequence to perform MR-guided FUS ablations. The robotic device contained a home-built fixed-focus US transducer, which is coupled to the tissue via a water-filled bellow. In phantom and animal experiments the accuracy and usability of the soft- and hardware were evaluated successfully.


Florian Maier , DKFZ, Heidelberg
22.07.2009, 11:00
GeoDict - Von der Struktur zur Eigenschaft mittels Computersimulation
Date: 22.07.2009
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Dr. Stefan Rief
Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern

GeoDict - Von der Struktur zur Eigenschaft mittels Computersimulation

Das virtuelle Materialdesign stellt einen Forschungsschwerpunkt des Fraunhofer ITWM dar. Beginnend bei der rein rechnergestützten Strukturgenerierung, über die Berechnung beispielsweise von Porengrößenverteilungen und Durchströmungseigenschaften, bis hin zur Simulation des Filtrationsverhaltens, steht eine ganze Kette von Werkzeugen gebündelt in der Software GeoDict zur Verfügung, um Strukturen zu untersuchen und zu verstehen. Im Vortrag wird ein Überblick über den methodischen Ansatz gegeben und die Möglichkeiten der Simulation an ausgewählten Beispielen dargestellt.

Dr. Stefan Rief , Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern
29.07.2009, 11:00
Klinische Kooperationen von Fraunhofer MEVIS (FME)
Date: 29.07.2009
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Dr. Benjamin Geisler, Dr. Stefan Krass
Fraunhofer MEVIS

Klinische Kooperationen von Fraunhofer MEVIS (FME)

Bedeutung der klinischen Partner für Fraunhofer MEVIS: FME verfolgt einen Krankheits-orientierten Ansatz zur Lösung klinisch relevanter Fragestellungen in Diagnostik und Therapie. Deshalb ist eine tiefreichende klinische Verankerung der FME-Mitarbeiter unumgänglich. Diese Vernetzung mit klinischen Partnern als Kompetenzgebern ist im Vergleich zu anderen Forschungszentren auf dem Gebiet des Computational Imaging ein Alleinstellungsmerkmal von FME.

Historie, Beispiele: Es wird im Rahmen des Vortrages auf die historische Entwicklung der klinischen Kooperationen von MeVis Research bzw. Fraunhofer MEVIS eingegangen, und es werden exemplarisch einzelne klinische Partner vorgestellt.

Status, Statistiken: Anhand einer straffen Bestandsaufnahme bzgl. Umfang und Qualität der klinischen Kooperationen wird im Vortrag der Versuch unternommen, einen Statusbericht (Stand 06/2008 + ggfls. Änderungen) zum Kooperationsnetzwerk von FME zu geben; kritische Bereiche sollen angesprochen und gemeinsam Lösungsansätze diskutiert werden.

Schlussfolgerungen, Maßnahmen und Selbstverständnis: Auf Grundlage dieser Informationen, sowie auf Basis grundsätzlicher Überlegungen werden entsprechende Schlussfolgerungen und Maßnahmen in Bezug auf die Anbahnung, Pflege und nötigenfalls Beendigung von klinischen Partnerschaften vermittelt.


Dr. Benjamin Geisler, Dr. Stefan Krass , Fraunhofer MEVIS
19.08.2009, 11:00
Statische Programmanalysen für die Qualitätssicherung
Date: 19.08.2009
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Prof. Dr. Rainer Koschke
Universität Bremen

Statische Programmanalysen für die Qualitätssicherung

Die Qualitätssicherung von Programmen wird heute zumeist manuell durch Reviews oder automatisiert durch Tests unterstützt. Manuelle Reviews sind abhängig von menschlichen Gutachtern, teuer und damit nicht beliebig wiederholbar. Tests können nur die Anwesenheit von Fehlern aufzeigen, aber nicht ihre Abwesenheit. Zudem prüfen Tests nur das Verhalten und sagen nichts über die innere Qualität der Software aus.

Statische Programmanalysen überprüfen Programme nur anhand der Programmbeschreibung (Quelltext und andere formale Systemspezifikationen), ohne sie auszuführen. In den letzten Jahren werden statische Analysen immer populärer in der Praxis. Dabei ist die statische Programmanalyse ein Überbegriff für sehr unterschiedliche Analysen. Einige statische Analysen suchen nach typischen Programmierfehlern, wie die Dereferenzierung von Null-Zeigern. Andere suchen nach potentiellen Sicherheitsproblemen, wie potenielle Pufferüberläufe. Mit statischen Analysen kann aber auch die innere Qualität untersucht werden, wie zum Beispiel die Einhaltung von Codierrichtlinien, die Abwesenheit von Programmieranomalien (auch "Bad Smells" genannt) oder die Einhaltung einer Architekturspezifikation.

Dieser Vortrag beschreibt statische Programmanalysen mit dem Schwerpunkt auf Analysen zur Bestimmung der inneren Qualität.


Prof. Dr. Rainer Koschke , Universität Bremen
01.09.2009, 11:00
Interaktionstechniken und Interaktionsstile
Date: 01.09.2009
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Prof. Dr. Bernhard Preim
Universität Magdeburg

Interaktionstechniken und Interaktionsstile

Der Vortrag gibt zunächst eine kurze EInführung in das Gebiet der Mensch-Computer-Interaktion und der dabei aktuellen Trends. Davon ausgehend werden sprachbasierte Interaktion, Menüauswahl und direkte Manipulation behandelt. Dabei werden grundlegende Überlegungen mit aktuellen Beispielen verknüpft. Auf dieser Basis werden Empfehlungen diskutiert, wie diese Interaktionsstile in modernen Benutzungsschnittstellen sinnvoll eingesetzt und ggf. kombiniert werden.

Prof. Dr. Bernhard Preim , Universität Magdeburg
03.09.2009, 11:00
Computergestützte Planung HNO-chirurgischer Eingriffe von der Forschung zum Produkt
Date: 03.09.2009
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Prof. Dr. Bernhard Preim
Universität Magdeburg

Computergestützte Planung HNO-chirurgischer Eingriffe von der Forschung zum Produkt

Der Vortrag gibt einen Überblick über die Aktivitäten zur Planung von Halsoperationen und endoskopischen Nasennebenhöhlenoperationen, die 2003 begonnen haben. Der Fokus liegt auf den Nutzungsszenarien, Methoden zur Exploration der Daten und insbesondere zur Entscheidungsunterstützung für Chirurgen. Die aktuellen Entwicklungen der Firma Dornheim Medical Images, die die Forschungsergebnisse ausbauen und vermarkten, werden dabei ebenfalls behandelt.

Prof. Dr. Bernhard Preim , Universität Magdeburg
11.09.2009, 14:00
Integration of a finite element library into MeVisLab
Date: 11.09.2009
Time: 14:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Jonas Sukys
Jacobs University Bremen

Integration of a finite element library into MeVisLab

SOFA is an Open Source framework primarily targeted at real-time physical simulations, with an emphasis on medical simulations. Integrated into MeVisLab, the library can be used to:
  • create complex and evolving fixed-length physical simulations from WEM meshes and VTK scenes by combining new algorithms with algorithms already included in SOFA
  • create real-time interactive physical simulations using additional SOFA applications
  • easily modify parameters of the simulation – deformable behavior, surface representation, solver, constraints, collision algorithm, etc.
  • efficiently simulate the dynamics of interacting objects using abstract equation solvers

Jonas Sukys , Jacobs University Bremen
16.09.2009, 11:00
Navigated Liver Surgery in a Clinical Environment: Findings and Conclusions from 8 Navigated Interventions
Date: 16.09.2009
Time: 11:00:00
Place: CeVis/MeVis, Seminarraum Mandelbrot, UNI 29
Speaker: Matthias Peterhans
ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, Bern

Navigated Liver Surgery in a Clinical Environment: Findings and Conclusions from 8 Navigated Interventions

The Center for Computer Assisted Surgery CCAS at University of Bern is currently developing a navigation system for liver surgery. So far, 10 navigated surgeries have been performed in a clinical environment and we present our results concerning system design, workflow integration, patient registration and intra-operative data acquisition. Furthermore, an evaluation from a medical point of view and an outlook on possible application areas of navigation technology in liver surgery will be presented.

Matthias Peterhans , ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, Bern

Next Semester Program

Historical Programs

Further Material