Ausgeschriebene Arbeiten


2D-Ansicht der Mitralklappe durch globale Parametrisierung (Master)

Die Mitralklappe ist eine der vier Herzklappen des Menschen und in der linken Herzkammer zu finden. Ihre Funktion ist es, den Blutfluss vom linken Atrium zum linken Ventrikel zu regeln. Pathologien können zu eingeschränker Funktionalität der Klappe führen, sodass Blut zurück ins Atrium fließen kann. Patienten, die von einer Fehlfunktion betroffen sind, leiden möglicherweise an Erschöpfung und Schmerzen in der Brust. Die Funktionalität kann chirurgisch wiederhergestellt werden, was meist ein langer und hochkomplexer Eingriff ist. Eine gründliche Diagnosestellung und Planung ist daher nötig, um eine sichere und effektive Operation zu garantieren.

Für diese Arbeit liegen segmentierte patientenspezifische 4D-Modelle der Mitralklappe in Form von triangulierten Oberflächen vor. Ziel ist es, eine 2D-Ansicht der Meshdaten zu erstellen, indem die Klappe entlang ihres Umfangs "abgerollt" wird. Durch das Abrollen wird eine übersichtlichere Visualisierung der Klappengeometrie erzeugt, die so erweitert werden kann, dass hochdimensionale Parametervektoren darauf gerendert und angezeigt werden können.

Dies soll durch eine geeignete, globale Parametrisierung verwirklicht werden. Hierbei muss beachtet werden, dass globale Parametrisierungen starke Verzerrungen aufweisen können. Um ein repräsentatives Ergebnis zu erhalten, soll die Verzerrung so gering wie möglich gehalten werden. Es ist auch denkbar, die Verzerrung in vorgegebenen Regionen besonders gering zu halten. Da Verzerrungen allerdings nicht vollständig vermieden werden können, ist eine Visualisierung der Verzerrung nötig, um dem Benutzer zu verdeutlichen, wo die 2D-Ansicht wie stark von der Wirklichkeit abweicht. Im zu entwickelnden Softwareprototypen sollen zudem zwei Mitralklappenmodelle gegenübergestellt werden können.

Die Parametrisierung muss mit Hilfe des Visualization Toolkit (VTK) umgesetzt werden. Hierbei steht die Kompatibilität mit den VTK-Datenformaten im Vordergrund. Die Visualisierung kann auch unabhängig von VTK sein.

Diese Arbeit entsteht in Kooperation mit der Medizininformatik der Hochschule in Mannheim, der Herzchirurgie des Universitätsklinikums Heidelberg, und dem EMCL der Universität Heidelberg.

 

Interessante Einblicke in das Themengebiet der Mitralklappe finden sich hier.

 


Evaluation von gerade noch wahrnehmbaren Tiefenunterschieden -
Evaluation of Just Noticeable Depth Differences (JNDD) (Bachelor/Master)

 

Die Tiefenwahrnehmung spielt bei der Erkennung von dreidimensionalen Strukturen eine wesentliche Rolle.
Im medizinischen Kontext ist ein korrektes, kognitives Bild eines gegebenen Datensatzes besonders wichtig.
Dies hilft beispielsweise bei der Planung von operativen Eingriffen.
Vaskuläre oder neurale Strukturen stellen dabei aufgrund ihrer Komplexität eine besodnere Herausforderung dar.

Es existiert eine Reihe von Methoden, die Tiefenwahrnehmung bei solchen Strukturen zu verbessern.
Aufwändigere Ansätze aus der Illustrativen Visualisierung können diese allerdings übertreffen(1, 2, 3).

In dieser Arbeit sollen gegebene illustrative und klassische Ansätze auf monoskopischen Bildschirmen miteinander verglichen werden.
Ziel ist es dabei, ein Maß für "gerade noch wahrnehmbare Tiefenunterschiede (engl. JNDD)" zu finden und anzuwenden.
Es soll also festgestellt werden, wie klein der noch wahrnehmbare Tiefenunterschied in einer gegebenen Szene für eine gegebene Visualisierungstechnik ist.
Dabei sollten verschiedene Szenen verwendet werden, um die Vor- und Nachteile jeweiliger Darstellungstechniken zu bemessen.

 


Erweiterung eines Softwareprototypen zur Analyse von Molekültrajektorien (Bachelor)

 

Molekül-Dynamik (MD) Simulationen werden im pharmazeutischen Kontext oft benutzt, um die Entwicklung neuer Medikamente voranzutreiben. Die zeitlich aufgelösten Daten, welche das Verhalten von Molekülen über einen Simulationszeitraum beschreiben (Trajektorien), sind z. T. sehr umfassend und daher schwierig zu interpretieren.

In einer vorhergehenden Arbeit wurde in Kooperation mit dem Institut für Biochemie und Bioanalyse der Universität Bonn ein Softwareprototyp entwickelt, der auf die Unterstützung solcher Datenanalysen abzielt.

In dieser Bachelorarbeit soll der Prototyp auf Basis des bisherigen Expertenfeedbacks erweitert werden.
Angedacht ist, dass hier Methoden aus dem Bereich "Visual Analytics" umgesetzt werden, um die Untersuchung gegebener Datensätze zu unterstützen.

Eine Möglichkeit wäre, den Prototypen um die Berechnung und Darstellung gängiger Größen wie Root Mean Squared Distance (RMSD), Root Mean Squared Fluctuation (RMSF) und Radius of Gyration (RG) zu erweitern.

Allerdings bietet sich viel Spielraum für eigene Ideen in einem interdisziplinären Kontext.

Details klären sich am besten in einem persönlichen Gespräch.


 

Implementierung und Evaluierung verschiedener Ansätze zur Tensor Glyph Visualisierung (Bachelor/Master)

 

Superquadric Tensor Glyphen (siehe Kindlmann) sind ein gängiger Ansatz um dreidimensionale Tensoren zu visualisieren, welche vorwiegend im  Kontext von Diffusion Tensor Images eingesetzt werden, aber auch bei der Visualisierung von Oberflächeneigenschaften Verwendung finden.

In dieser Arbeit sollen verschiedene Ansätze zum Erzeugen solcher Glyphen auf der GPU untersucht werden. Aufgrund ihrer parametrischen Form lassen diese sich im Geometry-Shader erzeugen oder implizit im Fragmentshader per Raycasting berechnen (siehe Hlawitschka). Eine weitere Möglichkeit ist es, die Geometrie zuvor auf der CPU zu erzeugen (siehe Teem).
Ziel der Arbeit ist es, mehrere Ansätze zur Erzeugung und Visualisierung von Superquadriken optimiert zu implementieren. Die Ansätze sollen dann mit Hinblick auf Rechen-/Speicheraufwand, sowie auf deren visuelle Qualität hin evaluiert werden. Ein weiterer Aspekt sollte die Erweiterbarkeit der jeweiligen Methode sein (z. B. Möglichkeit zur Umsetzung weiterer grafischer Effekte).

Es ist zudem gewünscht, dass der entstandende Shadercode, unter Definition der Eingabeparameter, leicht in bestehende OpenGL Anwendungen zu integrieren ist.

 


 

Bei Interesse bitte per Mail melden:
Nils Lichtenberg, nlichtenberg@uni-koblenz.de