Forscher der Jacobs University nehmen Visualisierung in der Medizin unter die Lupe

Die Mathematiker und Informatiker Lars Linsen, Tobias Preusser und Horst Hahn wollen die durch potentielle Fehlerquellen entstehenden Unsicherheiten in der medizinischen Visualisierung identifizieren, quantifizieren und visuell darstellen.

Medizinern soll so eine bessere Bewertung der aufgenommenen Daten ermöglicht werden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das dreijährige Projekt mit 340.000 Euro.

Visualisierungsmethoden sind zu einem integralen Teil klinischer Routine geworden. Dabei zählen Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) zu den wohl bekanntesten 3D-bildgebenden Verfahren in der Medizin. Diese Techniken unterstützen neben der medizinischen Diagnose und der Behandlungsplanung auch die Arbeit der Chirurgen während einer Operation.

Medizinische Visualisierungen wie beispielweise Flächendarstellungen oder Volumendarstellungen (sog. Volumenrendern) werden unter bestimmten Annahmen generiert, die medizinischen Experten in der visuellen Darstellung generell nicht übermittelt werden, obwohl sie in möglichen Abweichungen des gezeigten Bildes von den tatsächlichen Gegebenheiten resultieren könnten.

Die medizinische Visualisierungskette, die von der eigentlichen Aufnahme, über Registrierungs- und Bildverarbeitungsschritte bis hin zum abschließenden Renderingprozess (dem Zeichnen der generierten 3D-Szene) reicht, bietet jedoch Raum für zahlreiche potentielle Fehlerquellen.

So fassen medizinische Experten die Visualisierung als wahres Abbild der Realität auf, interpretieren es als solches und treffen Entscheidungen zumindest teilweise anhand der vorliegenden Darstellung.

Um einen fundierteren Entscheidungsprozess von Seiten der Mediziner zu ermöglichen, arbeiten Mathematiker und Informatiker der Jacobs University jetzt im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsprojektes an Modellen, um den Einfluss solcher Fehlerwahrscheinlichkeiten quantitativ zu erfassen und dem medizinischen Experten die ermittelten Unsicherheiten visuell zu übermitteln.

„Mögliche Beeinträchtigungen der generierten Visualisierung können beispielsweise durch Artefakte bei der Bildgebung oder vereinfachende Annahmen bei der Bildverarbeitung entstehen“, erklärt Lars Linsen, Professor of Computational Science and Computer Science. „Unsere Aufgabe in der sogenannten Unsicherheitsvisualisierung wird es sein, diese Faktoren zu analysieren, zu modellieren und Methoden zu ihrer visuellen Kodierung zu entwickeln. Diese verschiedenen Visualisierungsmethoden werden wir in einer Studie vergleichen und die Schlussfolgerungen in die Erstellung eines interaktiven visuellen Analysesystems einfließen lassen. Dieses System kann dank der nun auch visuell dargestellten Unsicherheiten zur verbesserten Entscheidungsfindung in der medizinischen Behandlung beitragen.“

An dem Forschungsprojekt ‚Unsicherheit in der medizinischen Visualisierung: Modellierung, visuelle Kodierung und interaktive Analyse' arbeitet Prof. Linsen gemeinsam mit Tobias Preusser, Professor of Mathematical Modelling of Medical Processes, und Horst Hahn, Professor of Medical Imaging.

Das Forscherteam der Jacobs University will sich bei seinen Studien exemplarisch auf drei medizinische Anwendungen konzentrieren. „Wir werden die Erkennung und Diagnose von arteriellen Gefäßverengungen im Halsbereich und die hämodynamische Relevanz von Herzgefäßverengungen untersuchen. Desweiteren wollen wir den Einfluss des Kühleffekts durch Gefäße bei der lokalen Thermoablation in Bezug auf Therapieerfolge genau unter die Lupe nehmen“, ergänzt Prof. Hahn.

Fragen zum Forschungsprojekt beantwortet:
Lars Linsen | Professor of Computational Science and Computer Science
Email: l.linsen@jacobs-university.de | Tel.: +49 421 200-3196