Visuelle Repräsentationen zur Unterstützung einer ontologiebasierten, semantischen Navigation medizinischer Bildvolumen
Bachelorarbeit von Sebastian Peters
Motivation
Ärzte und Radiologen sind heutzutage oftmals hohem Zeit- und Leistungsdruck ausgesetzt. Eine wesentliche Aufgabe der medizinischen Informatik ist daher die Vereinfachung und Effizienzsteigerung der klinischen Prozesse. Einer dieser Prozesse in der Radiologie ist die Befundung von dreidimensionalen, medizinischen Bildaufnahmen. Bei der klassischen Darstellung und Interaktion mit diesen Volumendaten treten häufig zwei Probleme auf. Erstens ist die Navigation durch dreidimensionale Bilder mit zweidimensionalen Eingabegeräten wie der üblichen Maus, grundsätzlich eine Herausforderung. Zweitens ist es insbesondere beim Einsatz von hohen Zoom-Stufen schwer zu erkennen, welches Körperteil sich jeweilig im Blickfeld befindet. Diese Probleme beeinträchtigen den reibungslosen Ablauf der medizinischen Befundung und kosten den Radiologen unnötige Zeit.
Zielsetzung
In der vorliegenden Bachelorarbeit wird eine Methode zur neuartigen Navigation von solchen Bildaufnahmen entwickelt. Dabei wird der Bildinhalt nicht wie üblich auf drei Achsen über den Bildschirm geschoben, sondern gezielt durch eine Ontologie navigiert, welche die anatomische Struktur des Menschen abbildet. Dadurch soll der Prozess von radiologischen Befundungen vereinfacht und effizienter gestaltet werden.
Realisierung
Zur Realisierung einer solchen semantischen Navigation wird nach der Analyse des Anwendungsfalls ein Kriterienkatalog mit zehn Kriterien vorgestellt, der eine heuristische Bewertung von visuellen Repräsentationstechniken für solche Ontologien (hier am Beispiel des Foundational Model of Anatomy) erlaubt. Die Kriterien stammen zur Hälfte aus dem Bereich der Visualisierung und zum anderen aus dem Usability Engineering, da auch die Interaktivität der visuellen Repräsentationen mit berücksichtigt werden muss. Eine Untersuchung von sechs unterschiedlichen Repräsentationstechniken anhand dieser Kriterien hat ergeben, dass sich eine Kombination der Techniken mit einer baumartigen Graphendarstellung und radialem Knotenlayout für die bestmögliche Erfüllung der aufgestellten Kriterien eignet. Daraufhin wurde ein detailliertes Konzept für eine Visualisierung von komplexen medizinischen Ontologien und die Navigation durch diese Strukturen vorgestellt und prototypisch implementiert. Die Kopplung der Navigation von Volumendaten an solche semantischen Datenstrukturen zieht auch Probleme wie die Inferenz auf großen Ontologien mit sich, für die im Rahmen dieser Arbeit Lösungsstrategien aufgezeigt und umgesetzt werden konnten.