This study compared a manual program for liver volumetry with a semiautomated software. The hypothesis was that the software would be faster, more accurate and less dependent on the evaluator’s experience. Materials and Methods: Ten patients undergoing hemihepatectomy were included into this IRB approved study after written informed consent. All patients underwent a preoperative abdominal CTScan, which was used for whole liver volumetry and volume prediction for the liver part to be resected. Two different softwares were used: 1) manual method: borders of the liver had to be defined per slice by the user; 2) semiautomated software: automatic identification of liver volume with manual assistance for definition of Couinaud-segments. Measurements were done by six observers with different experience levels. Water displacement volumetry immediately after partial liver resection served as gold standard. The resected part was examined with a CT-scan after displacement volumetry. Results: Volumetry of the resected liver scan showed excellent correlations to water displacement volumetry (manual: ρ=0.997; semiautomated software: ρ=0.995). Difference between the predicted volume and the real volume was significantly smaller with the semiautomated software than with the manual method (33 % vs. 57 %, p=0.002). The semiautomated software was almost four times faster for volumetry of the whole liver. Conclusion: Both methods for liver volumetry give an estimated liver volume close to the real one. The tested semiautomated software is faster, more accurate in predicting the volume of the resected liver part, gives more reproducible results and is less dependent on the user’s experience. / Ziel dieser Studie war es, eine manuelle Methode zur Lebervolumetrie mit einer halbautomatischen Software zu vergleichen. Die zu prüfende Hypothese war eine Überlegenheit der halbautomatischen Software hinsichtlich Schnelligkeit, Genauigkeit und Unabhängigkeit von der Erfahrung des Auswerters. Material und Methoden: Die Studie wurde von der Ethikkommission geprüft und es lagen Einverständniserklärungen aller Patienten vor. In die Studie wurden zehn Patienten eingeschlossen, die eine Hemihepatektomie erhielten. Es wurde präoperativ ein CT-Scan angefertigt, der sowohl für die Volumetrie der gesamten Leber als auch zur Bestimmung des Resektatvolumens verwendet wurde. Für die Volumetrie wurden zwei verschiedene Programme genutzt: 1) eine manuelle Methode, wobei die Lebergrenzen in jeder Schicht vom Auswerter definiert werden mussten 2) eine halbautomatische Software mit automatischer Erkennung des Lebervolumens und manueller Definition der Lebersegmente nach Coinaud. Die Messungen wurden von sechs Auswertern mit unterschiedlicher Erfahrung vorgenommen. Als Goldstandard diente eine Verdrängungsvolumetrie des Leberresektats, die direkt nach der Resektion im Operationssaal durchgeführt wurde. Anschließend wurde zusätzlich ein CT-Scan des Resektats angefertigt. Ergebnisse: Die Ergebnisse des postoperativen CT-Scans korrelierten hochgradig mit den Ergebnissen der Verdrängungsvolumetrie (manuell: ρ=0.997; halbautomatische Software: ρ=0.995). Mit der halbautomatischen Software fielen die Unterschiede zwischen dem vorhergesagten und dem tatsächlichen Volumen signifikant kleiner aus (33 % vs. 57 %, p=0.002). Zudem lieferte die halbautomatische Software die Volumina der Gesamtleber 3.9mal schneller. Schlussfolgerung: Beide Methoden erlauben eine sehr gute Abschätzung des Lebervolumens. Die getestete halbautomatische Software kann das Lebervolumen jedoch schneller und das Resektatvolumen genauer vorhersagen und ist zusätzlich unabhängiger von der Erfahrung des Auswerters.

Computed tomography (CT) has become a standard in pulmonary imaging which allows the analysis of diseases like lung nodules, emphysema and embolism. The improved spatial and temporal resolution involves a dramatic increase in the amount of data that has to be stored and processed. This has motivated the development of computer aided diagnostics (CAD) systems that have released the physician from the tedious task of manually delineating the boundary of the structures of interest from such a large number of images, a pre-processing step known as image segmentation. Apart from being impractical, the manual segmentation is prone to high intra and inter observer subjectiveness. Automatic segmentation of the lungs with atelectasis poses a challenge because in CT images they have similar texture and gray level as the surrounding tissue. Consequently, the available graphical information is not sufficient to distinguish the boundary of the lung. The present work aims to close the existing gap left by the segmentation of atelectatic lungs in volume CT data. A-priori knowledge of anatomical information plays a key role in the achievement of this goal.

In der vorliegenden Arbeit wird der Hypothalamus, eine kleine, aber bedeutsame Struktur des Zwischenhirns untersucht. Er spielt unter anderem eine Rolle bei der Regulation des Schlaf-Wach-Rhythmus, des Sexualverhaltens, der Stimmungslage, autonomer und Stoffwechsel-Funktionen. Veränderungen einzelner oder mehrerer spezifischer Kerngruppen sind bei neuropsychiatrischen bzw. -endokrinologischen Erkrankungen, wie Narkolepsie, Schizophrenie, affektiver Störung, Demenz, Borderline-Persönlichkeitsstörung, Pädophilie oder Adipositas zu beobachten. Die Substrukturierung und Darstellung der einzelnen Kerngruppen gelang bisher nur in Postmortem-Studien. Im Rahmen dieser Studie konnte mit Hilfe der Diffusions-Tensor-Bildgebung erstmals eine in-vivo Substrukturierung des Hypothalamus konsistent bei zehn gesunden Probanden vorgenommen werden. Dabei wurden nach einem Algorithmus zunächst die Segmentierung und anschließend die Parzellierung durchgeführt, woraus sich drei konsistente Cluster ergaben. Der topografische Vergleich der erhaltenen Cluster mit Postmortem-Studien der Literatur ergab vergleichbare und anatomisch plausible Korrelate. Mit der von uns entwickelten Methode könnten anhand einer größeren Patientengruppe pathophysiologische Zusammenhänge neuropsychiatrischer und –endokrinologischer Störungen genauer eruiert werden und zu einem besseren Verständnis des Krankheitsverlaufs und der Therapie beitragen.:1 Einleitung 1.1 Topographie und Funktion des Hypothalamus 1.2 MRT- Kartierung des Hypothalamus 1.3 Diffusions-Tensor- Bildgebung 1.3.1 Diffusionsellipsoid 1.3.2 Fraktionelle Anisotropie 1.3.3 Clusteranalyse 1.3.4 k-means- Clusteralgorithmus 1.4 Pathomorphologische Veränderungen des Hypothalamus bei neuropsychiatrischen Erkrankungen 1.4.1 Narkolepsie 1.4.2 Schizophrenie 1.4.3 Affektive Störung 1.4.4 Demenz 1.4.5 Borderline- Persönlichkeitsstörung 1.4.6 Pädophilie 1.4.7 Adipositas 1.4.8 Zusammenfassung 2 Fragestellung: Ist eine Subpartialisierung des Hypothalamus in-vivo mit struktureller Bildgebung möglich? 3 Material und Methoden 3.1 Probanden 3.2 Bilderfassung und -bearbeitung 3.3 Segementierung des Hypothalamus - Definition der ROI`s („region of interest“) 3.3.1 Präoptischer Hypothalamus 3.3.2 Anteriorer Hypothalamus 3.3.3 Tuberaler Hypothalamus 3.3.4 Posteriorer Hypothalamus, Mamillarkörperchen 3.4 Parzellierung und Clusteranalyse 4 Ergebnisse: Mit qualitativen Analysen konnte gezeigt werden, dass eine Subpartialisierung des Hypothalamus möglich ist. 4.1 Segmentierung des Hypothalamus 4.2 Substrukturen/Cluster 5 Diskussion der Ergebnisse 5.1 Neuroanatomie des Hypothalamus 5.1.1 Kerngruppen des Hypothalamus 5.1.2 Faserverbindungen des Hypothalamus 5.1.3 Zusammenfassung der Faserverbindungen der Kerngruppen 5.2 Interpretation der einzelnen Cluster 5.2.1 Anteriore Substruktur 5.2.2 Posteromediale Substruktur 5.2.3 Laterale Substruktur 5.3 Topografische Beziehung der drei Cluster untereinander 5.3.1 Ähnlichkeiten der Cluster der zehn Probanden 5.3.2 Unterschiede der Cluster der zehn Probanden 5.4 Verbesserung der Hypothalamusmaske 6 Zusammenfassung 7 Literaturverzeichnis

Computed tomography (CT) has become a standard in pulmonary imaging which allows the analysis of diseases like lung nodules, emphysema and embolism. The improved spatial and temporal resolution involves a dramatic increase in the amount of data that has to be stored and processed. This has motivated the development of computer aided diagnostics (CAD) systems that have released the physician from the tedious task of manually delineating the boundary of the structures of interest from such a large number of images, a pre-processing step known as image segmentation. Apart from being impractical, the manual segmentation is prone to high intra and inter observer subjectiveness. Automatic segmentation of the lungs with atelectasis poses a challenge because in CT images they have similar texture and gray level as the surrounding tissue. Consequently, the available graphical information is not sufficient to distinguish the boundary of the lung. The present work aims to close the existing gap left by the segmentation of atelectatic lungs in volume CT data. A-priori knowledge of anatomical information plays a key role in the achievement of this goal.

For many tasks in market research it is important to model customers and products as comparable instances. Usually, the integration of customers and products into one model is not trivial. In this paper, we will detail an approach for a combined vector space of customers and products based on word embeddings learned from receipt data. To highlight the strengths of this approach we propose four different applications: recommender systems, customer and product segmentation and purchase prediction. Experimental results on a real-world dataset with 200M order receipts for 2M customers show that our word embedding approach is promising and helps to improve the quality in these applications scenarios.

In der Archäologie besteht das Problem, dass es für die Beschreibung von Objekteigenschaften keine einheitliche Begriffsbasis gibt. Nicht nur bei der Klassifikation von Gefäßen, aber besonders dort kommt es dann zu Schwierigkeiten, denn neben der Subjektivität der Wortwahl existiert auch eine internationale Sprachbarriere. Somit werden Forderungen nach einer mathematisch-algorithmisch orientierten Merkmalsbeschreibung laut. Damit ginge langfristig nicht nur die Etablierung weltweit einheitlicher Typologien einher, sondern auch die Möglichkeit einer computergestützten automatischen Klassifikation. Die Diplomarbeit behandelt im ersten Teil die Segmentierung archäologischer Gefäße. Diese ist notwendig, um die Analyse sekundärer Gefäßmerkmale vollautomatisch und unabhängig vom Gefäßrumpf durchführen zu können. Weil sich dabei topologische, skelettbasierte und krümmungsbasierte Verfahren aus verschiedenen Gründen als ungeeignet herausstellten, wurde ein neuer Segmentierungsansatz über die Rotation einer adaptiven Profillinie entwickelt. Dieser leistet eine schnelle, robuste, vor allem aber genaue Trennung asymmetrischer Teile vom Gefäßrumpf. Im zweiten Teil werden die aus der Segmentierung gewonnenen Informationen über sekundäre und ggf. auch tertiäre Gefäßmerkmale zusammen mit den primären Attributen wie äußere Form und globale geometrische Maße in das Klassifikationssystem integriert. Aufgrund der im Klassifikationsprozess immanenten Hierarchie ist es zweckmäßiger, einen spezifischen mehrstufigen Ansatz gegenüber einstufigen oder globalen Shape-Matching-Ansätzen vorzuziehen. Darüber hinaus werden Vergleichsmetriken und ein Attributgraph vorgestellt sowie Vorschläge zur Segmentinterpretation gemacht.

Oftmals kann ein Problem erst dadurch gelöst werden, indem seine Komplexität reduziert wird. Erst diese Reduktion ermöglicht die Verwendung von Lösungsansätzen, die für weniger komplexe Problemstellungen existieren. Für 3d-Objekte ist die Skelettierung der Mechanismus, der die Objekte auf eine niedrigere Dimension abbildet und dadurch deren Komplexität reduziert. Seit nunmehr 40 Jahren werden entsprechende Verfahren und darauf basierende Anwendungen entwickelt. In jüngster Zeit traten auf innovativen Forschungsgebieten innerhalb des Maschinenbaus, der Nanotechnologie, der Medizintechnik und nicht zuletzt der Computergrafik Probleme auf, die durch Skelettierung bewältigt wurden oder in naher Zukunft zu bewältigen sind. Mit der vorliegenden Dissertation wird an den aktuellen Stand der Forschung angeknüpft und ein Skelettierungsverfahren vorgestellt, das nicht auf den bisher üblichen kartesischen Gittern, sondern auf den sogenannten kubisch-raumzentrierten Gittern operiert. Dadurch ergeben sich eine Vielzahl positiver Eigenschaften, sowohl unter topologischen als auch rechentechnischen Aspekten. Die auf Gitterstrukturen basierenden Verfahren haben traditionell Schwierigkeiten, rotationsinvariante Skelette zu generieren. Diese Eigenschaft ist jedoch für eine Reihe von Applikationen wünschenswert. Eine Ausnahme bilden Verfahren, die zunächst ein Vektorfeld berechnen, das Abstoßungen vom Objektrand simuliert. Mithilfe dieser Strukturen können Skelettpunkte identifiziert werden, die von der Gitterstruktur unabhängig sind. Allerdings sind die Verfahren, die derartige Skelette erzeugen, extrem ineffizient: Bezogen auf die Anzahl der Objektgitterpunkte ist die Komplexität quadratisch. Deshalb ist ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit, eine qualitativ hochwertige Approximation des Vektorfeldes in linearer Zeitkomplexität zu erzeugen. Die zusätzlichen Informationen, die aus diesen Vektorfeldern gewonnen werden, kommen innerhalb des ursprünglichen Skelettierungsverfahrens zum Einsatz, um die Vorteile beider Verfahren zu kombinieren. Die auf diese Weise erzeugten eindimensionalen Skelettstrukturen der 3d-Objekte eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen. Drei Anwendungen, namentlich die Klassifizierung, die Segmentierung und die Manipulierung werden gezeigt. Für die Klassifizierung werden die erzeugten Skelette in eine Graphrepräsentation transformiert. Hierfür werden zwei Verfahren vorgestellt und darüber hinaus erläutert, wie die Graphrepräsentation optimiert und mit Attributen versehen werden kann. Insbesondere die Attributierung (z. B. mit Distanz- oder Krümmungsinformationen) ist von großer Bedeutung, da der Graph zunächst die Objektform nur grob abstrahiert und dadurch kein detaillierter Vergleich zwischen Objekten möglich wäre. Für die Segmentierung und die Deformierung von 3d-Objekten besteht der wichtigste Beitrag dieser Dissertation darin, eine präzise Zuordnung zwischen Abschnitten des Graphen und Meshregionen durchzuführen, die erforderlich ist, um Änderungen an der Graphstruktur (Auftrennen oder Deformieren) direkt auf das Mesh übertragen zu können. Hierfür wird eine spezielle Datenstruktur präsentiert, die diese Zuordnung ermöglicht, ohne die Komplexität des Skelettierungsverfahrens zu verschlechtern. Ein breites Spektrum an Vorschlägen für zukünftige, auf dieser Dissertation aufbauende Forschungsthemen schließen die Arbeit ab.

Maschinelle Beatmung kann neben den gewünschten Effekten eine vorbestehende Lungenerkrankung weiter aggravieren und sogar das Lungenparenchym zuvor lungengesunder Patienten schädigen. Mit Hilfe der quantitativen Computertomographie (qCT) können pathologische Belüftungszustände und gegebenenfalls durch maschinelle Beatmung verursachte Schäden analysiert werden. Solche auf der qCT basierende Analysen der Lungenbelüftung werden jedoch potentiell durch CT-Akquisitions- und Bildrekonstruktionsparameter beeinflusst. Um die Ergebnisse vor allem von Analysen des überbelüfteten Lungenvolumens richtig bewerten zu können, müssen solche Einflüsse untersucht werden. Bei 10 Versuchstieren (Schweine) wurden bei einem konstanten Atemwegsdruck von 25 cm H2O zuerst bei gesunder Lunge und dann erneut nach experimenteller Lungenschädigung CT-Bildserien mit zwei unterschiedlichen Strahlendosen angefertigt. Von diesen Rohdaten wurden Bildserien mit unterschiedlichen Rekonstruktionsparametern angefertigt und in jeder dieser Bildserien das überbelüftete Lungenvolumen bestimmt. Sowohl die Schichtdicke, der Filter als auch die Stromstärke hatten einen signifikanten Einfluss auf das eigentlich konstante überbelüftete Lungenvolumen, der jedoch nur teilweise klinisch relevant war. Bei der Interpretation von Messungen des überbelüfteten Lungenvolumens sollten dennoch die Einflüsse der genannten Parameter beachtet und für Vergleichsuntersuchungen gleiche Parametereinstellungen verwendet werden. Eine Dosisreduktion scheint dabei für Messungen des überbelüfteten Lungenvolumens praktikabel.

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Arthropods typically show two types of segmentation: the embryonic parasegments and the adult segments that lie out of register with each other. Such a dual nature of body segmentation has not been described from Onychophora, one of the closest arthropod relatives. Hence, it is unclear whether onychophorans have segments, parasegments, or both, and which of these features was present in the last common ancestor of Onychophora and Arthropoda. To address this issue, we analysed the expression patterns of the "segment polarity genes" engrailed, cubitus interruptus, wingless and hedgehog in embryos of the onychophoran Euperipatoides rowelli. Our data revealed that these genes are expressed in repeated sets with a specific anterior-to-posterior order along the body in embryos of E. rowelli. In contrast to arthropods, the expression occurs after the segmental boundaries have formed. Moreover, the initial segmental furrow retains its position within the engrailed domain throughout development, whereas no new furrow is formed posterior to this domain. This suggests that no re-segmentation of the embryo occurs in E. rowelli. Irrespective of whether or not there is a morphological or genetic manifestation of parasegments in Onychophora, our data clearly show that parasegments, even if present, cannot be regarded as the initial metameric units of the onychophoran embryo, because the expression of key genes that define the parasegmental boundaries in arthropods occurs after the segmental boundaries have formed. This is in contrast to arthropods, in which parasegments rather than segments are the initial metameric units of the embryo. Our data further revealed that the expression patterns of "segment polarity genes" correspond to organogenesis rather than segment formation. This is in line with the concept of segmentation as a result of concerted evolution of individual periodic structures rather than with the interpretation of \"segments\" as holistic units.