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3D-Kameras in der Medizintechnik

Die 3D Time-of-Flight (ToF) Bildgebung ist eine neuartige Technologie, die mit einem aktiven Messprinzip Oberflächendaten in Echtzeit erfasst. Zusätzlich zur Intensitätsinformation eines konventionellen Bildsensors liefern ToF-Kameras für jeden Bildpunkt eine metrische Distanzinformation. Daraus lässt sich die Oberfläche des zu vermessenden Objekts rekonstruieren. Der Lehrstuhl für Mustererkennung verfügt über die neuesten Sensoren auf dem Markt, die 3D Oberflächendaten (40.000 Bildpunkte) mit 25 Bildern pro Sekunde liefern. Potenzielle Anwendungen finden sich in der Sicherheits-, Automobil und Konsumgüter-Industrie, aber auch in der Medizintechnik und Biometrie.

Eine Vielzahl von medizinischen Anwendungen wird in Zukunft von dieser Technologie profitieren. Der Lehrstuhl für Mustererkennung ist seit mehreren Jahren an der Etablierung von ToF-Kameras in der Medizintechnik beteiligt. Die Forschungsaktivitäten reichen von Applikationen im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion (Gestensteuerung im OP) bis hin zu 3D-Endoskopen. Ein aktueller Themenschwerpunkt liegt auf der Integration von ToF-Kameras in den Strahlentherapie-Workflow. Einsatzmöglichkeiten sind beispielsweise die automatische und präzise Positionierung des Patienten oder die Erfassung der Atembewegung, welche Rückschlüsse auf die Tumorposition liefert (Atemkompensation).

Im Rahmen dieses Seminars werden Verfahren zur Registrierung von Oberflächen entwickelt und implementiert. Dabei spielt die Beschreibung der lokalen Oberflächentopologie durch repräsentative Merkmale eine zentrale Rolle. Diese Merkmale werden beispielsweise mit den Merkmalen eines zweiten Objektes verglichen (Matching, Korrespondenzanalyse) und registriert, oder zur Klassifikation von anatomischen Regionen (z.B. Körperteilen) verwendet. Darüber hinaus werden Verfahren zur Kalibrierung der Kamera und zur Vorverarbeitung (Filterung) der Daten behandelt. Jeder Teilnehmer entwickelt und implementiert mit Hilfe wissenschaftlicher Artikel ein Verfahren und stellt die erzielten Ergebnisse in einem Vortrag vor. Zum Abschluss der Veranstaltung erhält jeder Teilnehmer die Möglichkeit, die Verfahren mit unseren 3D ToF-Kameras live zu testen.