Title: Efficient visualization and processing of MRI diffusion tractography data using the medical imaging interaction toolkit
Language: English
Authors: Reicht, Ignaz 
Qualification level: Diploma
Keywords: Visualisierung; Fibertracking; Nervenfasern
Fiber processing; Tractography; Fiber visualization; MITK
Advisor: Haxhimusa, Yll
Assisting Advisor: Fritzsche, Klaus 
Issue Date: 2012
Number of Pages: 66
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Die vorliegende Arbeit wurde zusammen mit den Abteilungen Medizinische und Biologische Informatik und Radiologie am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) erarbeitet. Tractographie, auch Fiber Tracking genannt, bezeichnet eine Bildverarbeitungstechnik die mittels diffusionsgewichteter Magnetresonanz Tomographie (DWI) Informationen über die anatomischen Strukturen des menschlichen Gehirns ableiten kann.
Zusätzlich findet diese Technik auch Anwendung in der Therapieplanung und Verlaufskontrolle bei Tumorpatienten. Neue Ansätze und Optimierungen von Fiber Tracking Methoden konnten bereits im Vorfeld deren klinische Relevanz aufzeigen. Bis zum heutigen Zeitpunkt wurden noch keine praxistauglichen Endanwendungen entwickelt, welche sich der Komplexität von Tractographie annehmen und die Daten und Informationen dementsprechend verarbeiten um das Potential von Fiber Tracking in einem klinisches Umfeld voll ausgeschöpfen zu können. Der Hauptanwendungsbereich ist dem radiologischen Umfeld zuzuordnen in dem performante und interaktive Bildverarbeitungsmechanismen von hoher Genauigkeit sowohl in 2D als auch in 3D den Alltag bestimmen. Aus diesem Grund wurde bei der Umsetzung dieser Arbeit speziell auf diese Anforderungen eingegangen und ein effizientes Framework definiert welches die intuitive Visualisierung und Interaktion verschiedenster Tractographie Ergebnisdaten realisiert um so eine Basis zu schaffen, welche sowohl praxisnahen Anwendungen aus der Radiologie als auch Anforderungen aus dem Gebiet der Neurowissenschaften gerecht wird. Als Zielsetzung galt eine Anwendung bereitzustellen, welche sowohl effizient, intuitiv als auch funktionell umfangreiche Eigenschaften aufweist und durch die Verwendung bereits existierender Standards die Integration und Verwendung externer Fiber Tracking Verfahren motiviert. Zusammen mit Radiologen und Wissenschaftlern wurden die umgesetzten Aufgabenstellung auf Benutzbarkeit, Funktionalität, Effizienz und Leistung für einen praxisnahen Einsatz evaluiert.
Als Entwicklungsplattform wurde das open-source Softwareprojekt Medical Imaging Interaction Toolkit (MITK) herangezogen, welches bereits eine beachtliche Community im wissenschaftlichen, kommerziellen als auch klinischen Umfeld betreut.

Tractography is a technique providing information about anatomical connections of the brain using Diffusion Weighted Magnetic Resonance Imaging (DWI). Hence, fiber tracking shows high potential in the field of neuro science by facilitating the study of anatomical structures of the human brain as well as neuronal diseases such as Alzheimer's Disease (AD) and lately this technique is also used for monitoring cancer treatment. For the last couple of years, several tractography techniques show robust and clinically relevant results.
However, neuro surgeons, radiologists and domain experts have to deal with complex information provided by tractography and DWI. In other words, large data sets need to be processed and combined efficiently as well as intuitively represented in 2D and 3D. Practical setups, especially clinical applications, require several conditions, e.g.
usability, consistency in the medical context, accuracy, performance and compatibility. This work introduces a framework for efficient processing of fiber data including high performance visualization and interaction.
The provided tools and techniques are designed to cover common tasks whereas their accuracy and performance show promising results for practicable applications in this field.
Since fiber tracking algorithms are well established and available, this framework focuses on bringing tractography in combination with fiber processing into practice. So far, fiber tracking is used mainly in the radiological field which is why the framework concentrates on radiological applications.
At the moment most fiber tracking solutions come with their own visualization and interaction mechanisms which are rarely adaptable to practical and clinical purposes. The outcome of this work presents an efficient solution for tractography post-processing, focusing on both scientifically and clinically relevant tasks. Compatibility to previously existing fiber tracking applications are also taken into consideration. To maximize availability, the framework is implemented into the diffusion imaging module of the open-source software platform, the Medical Imaging Interaction Toolkit (MITK), which is well known for medical image processing.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-58168
http://hdl.handle.net/20.500.12708/9856
Library ID: AC07813339
Organisation: E186 - Institut für Computergraphik und Algorithmen 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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