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Informationstechnik in der Medizin Thema Bildbearbeitung: Bewegungsverfolgung von Matthias Sonntag Fakultät für Elek - PowerPoint PPT Presentation


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Informationstechnik in der Medizin Thema Bildbearbeitung: Bewegungsverfolgung von Matthias Sonntag Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays. Einsatzgebiete Bildverarbeitender Software Generelle Konzepte

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Presentation Transcript
slide1

Informationstechnik in der

Medizin

Thema Bildbearbeitung:

Bewegungsverfolgung

von

Matthias Sonntag

Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik

Lehrstuhl für Kommunikationstechnik

Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays

slide2
Einsatzgebiete Bildverarbeitender Software
  • Generelle Konzepte
    • Online System
    • Offline System
  • Pattern Matching
  • Anwendungsbeispiele
    • Ganganalyse
    • Intraoperative Bewegungsanalyse
    • Untersuchung von Implantaten
  • Demonstration
einsatzgebiete

Orthopädie

Physiotherapie

Rehabilitation

Sportmedizin

Leistungsdiagnostik

Einsatzgebiete
ziele der bewegungsanalyse
Erfassung einzelner Teilbereiche eines Körpers
  • Beschreibung von Gelenkbewegung beim Menschen
  • Beschreibung von Köperbewegungen anhand kinematischer Größen (Weg/Zeit-Verlauf, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen)
  • Medizinische Beurteilung der Messungen
Ziele der Bewegungsanalyse
konzepte
Online Systeme
    • Positionierung passiver oder aktiver Marker am Körper
    • Aktivierung der passiven Marker durch Strahlungsquellen (Infrarot, Ultraschall)
    • Detektoren speichern die x,y-Koordinaten aller Marker
  • Offline Systeme
    • Analyse erfolgt anhand von digitalisierten Videosequenzen
    • Einsatz von Markern ist nicht erforderlich
Konzepte
online system

Propriozeption:

Analyse der Arm- und Schulterbewegung durch Verfolgung des Roboterarms

Online System
online system7

Propriozeption:

  • Auswertung der Winkeländerung beim Nachzeichnen
  • Objekt relativ zum Kopf
  • Augen relativ zum Kopf
  • Finger relativ zum Kopf
Online System
merkmale offline oder videobasierter systeme
Analyse von Video-Sequenzen
  • Makerlose Objektverfolgung im 2D/3D-Raum
  • Pattern Matching
  • Berechnung und Analyse der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und der Winkelstellung der Objekte
  • Berechnung und Analyse des Körperschwerpunktes
Merkmale Offline- oder videobasierter Systeme
pattern matching

Verringerung von Rauschen

irrelevanter Daten

Erfassung

Vorverarbeitung

Verteilungsfunktion

Korrelation

Merkmalsgewinnung

Merkmalsreduktion

Klassifikation

Pattern Matching
pattern matching in der videoanalyse

Pattern Matching

Videoanalyse

Erfassung

Vorverarbeitung

Aufnahme und Digitalisierung

der Videodaten

Merkmalsgewinnung

Merkmalsreduktion

Definition einer Vorlage

Suchen der Vorlage

in den Folgebildern

Klassifikation

Vergleich und

Wiedererkennung der Vorlage

in den Folgebildern

Pattern Matching in der Videoanalyse
kreuzkorrelation
Allgemein: Ähnlichkeit zwischen zwei Signalen oder Zeitfunktionen
  • Bildverarbeitung: Vergleich von Bildern oder Blöcken im Bild
  • Die Position des Maximums der Kreuzkorrelationsfunktion ergibt den Verschiebungsvektor

Muster

Kreuzkorrelation
ablauf der videoanalyse
Setzen von Markern am Objekt
  • Kamera-Setup:
    • Positionierung einer (2D) oder mehrerer Kameras (3D)
    • Zur Vermeidung von Verdeckungen werden im 3D-Raum drei oder mehr Kameras eingesetzt
  • Kalibrierung anhand eines bekannten Objektes (z.B. Würfel)
  • Videoaufnahme und Erfassung von Analogdaten
  • Tracking, Digitalisierung, Erfassung von Bewegungsdaten
  • Berechnung der 2D- oder 3D-Koordinaten
Ablauf der Videoanalyse
kamera setup
3-D-Bewegungsanalyse durch

geeignete Positionierung der

Kamerasysteme

2-D-Bewegungsanalyse von

beiden Seiten des Körpers

Kamera-Setup
auswertung einer turn bung mit simi motion 3d

Leistungsdiagnostik:

  • Tracking, Digitalisierung, Erfassung von Bewegungsdaten
  • Berechnung der 2D- oder 3D-Koordinaten
Auswertung einer Turnübung mit simi Motion 3D
objektverfolgung19

Objektverfolgung am Beispiel der Software WINanalyze

Videosequenz:

2 dimensionale Bewegungs-analyse des Fußes

Objektverfolgung
intraoperative bewegungsanalyse
Untersuchte Krankheitsbilder

und OP-Verfahren:

  • Bandscheibenvorfall
  • Spinalkanalstenose
  • Skoliose
  • Dekompression
  • Metallentfernung nach Spondylodese

Beweglichkeit der einzelnen Wirbelkörper:

  • Kirschner-Drähte werden in die Dornfortsätze eingebracht
  • Über abklappbaren Tisch wird die Wirbelsäule in die maximale Beugung gebracht
  • Messung der Abstandsänderung
Intraoperative Bewegungsanalyse
messung von winkel nderungen
Implantat:
  • 3-D-videogestützte Bewegungsanalyse
  • Auswertung der Winkeländerung der einzelnen Segmente

1): Ventrale Stabilisierung

2): Dorsale Stabilisierung

WKE: Wirbelkörperersatz-Implantat

Messung von Winkeländerungen
zusammenfassung
Anwendung in vielen medizinischen Bereichen möglich
    • Bewegungsanalyse
    • Intraoperative Analyse
    • Implantate
  • Einsatz digitaler Speicherung der Videodaten
  • Pattern Matching ist auf beliebige Filmformate anwendbar
  • Makerlose Objektverfolgung ermöglicht nachträgliche Bearbeitung
Zusammenfassung
ausblick
Neuronale Netze
  • Fahrzeugtechnik
  • Sicherheitstechnik
  • Robotik
  • Unterstützung von Behinderten oder älteren Menschen
Ausblick