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Fuzzy tissue detection for real-time focal control in corneal confocal microscopy

Bartschat, Andreas ; Allgeier, Stephan ; Scherr, Tim ; Stegmaier, Johannes ; Bohn, Sebastian ; Reichert, Klaus-Martin ; Kuijper, Arjan ; Reischl, Markus ; Stachs, Oliver ; Köhler, Bernd ; Mikut, Ralf (2019)
Fuzzy tissue detection for real-time focal control in corneal confocal microscopy.
In: at - Automatisierungstechnik, 67 (10)
doi: 10.1515/auto-2019-0034
Article

Abstract

Corneal confocal laser scanning microscopy is a promising method for in vivo investigation of cellular structures, e. g., of nerve fibers in the sub-basal nerve plexus. During recording, even slight displacements of the focal plane lead to images of adjacent tissue layers. In this work, we propose a closed-loop control of the focal plane. To detect and evaluate the visible tissues, we utilize the Bag of Visual Words approach to implement a customizable image processing pipeline for real-time applications. Furthermore, we show that the proposed model can be trained with small classification datasets and can be applied as a segmentation method. The proposed control loop, including tissue detection, is implemented in a proof-of-concept setup and shows promising results in a first evaluation with a human subject.

Item Type: Article
Erschienen: 2019
Creators: Bartschat, Andreas ; Allgeier, Stephan ; Scherr, Tim ; Stegmaier, Johannes ; Bohn, Sebastian ; Reichert, Klaus-Martin ; Kuijper, Arjan ; Reischl, Markus ; Stachs, Oliver ; Köhler, Bernd ; Mikut, Ralf
Type of entry: Bibliographie
Title: Fuzzy tissue detection for real-time focal control in corneal confocal microscopy
Language: English
Date: 2019
Journal or Publication Title: at - Automatisierungstechnik
Volume of the journal: 67
Issue Number: 10
DOI: 10.1515/auto-2019-0034
URL / URN: https://doi.org/10.1515/auto-2019-0034
Abstract:

Corneal confocal laser scanning microscopy is a promising method for in vivo investigation of cellular structures, e. g., of nerve fibers in the sub-basal nerve plexus. During recording, even slight displacements of the focal plane lead to images of adjacent tissue layers. In this work, we propose a closed-loop control of the focal plane. To detect and evaluate the visible tissues, we utilize the Bag of Visual Words approach to implement a customizable image processing pipeline for real-time applications. Furthermore, we show that the proposed model can be trained with small classification datasets and can be applied as a segmentation method. The proposed control loop, including tissue detection, is implemented in a proof-of-concept setup and shows promising results in a first evaluation with a human subject.

Alternative Abstract:
Alternative abstract Language

Die Konfokalmikroskopie der Kornea ist eine vielversprechende Methode zur in vivo Untersuchung von Zellstrukturen, z. B. von Nervenfasern im subbasalen Nervenplexus. Während der Aufnahme können schon geringe Verschiebungen der Fokusebene dazu führen, dass Bildern benachbarter Gewebeschichten aufgenommen werden. In dieser Arbeit schlagen wir eine Regelung der Fokusebene vor. Zum Erkennen und Auswerten der sichtbaren Gewebe verwenden wir die Bag of Visual Words Methode zur Implementierung einer anpassbaren Bildverarbeitungspipeline für Echtzeitanwendungen. Außerdem zeigen wir, dass das vorgeschlagene Modell mit kleinen Lerndatensätzen trainiert und als Segmentierungsmethode angewendet werden kann. Der vorgeschlagene Regelkreis, einschließlich der Gewebeerkennung, wurde im Rahmen einer Machbarkeitsstudie implementiert und zeigt vielversprechende Ergebnisse in einer ersten Auswertung mit einem menschlichen Probanden.

German
Uncontrolled Keywords: Image classification Bag-of-words Laser scanning confocal microscopy Pattern recognition Tissue classifications Realtime feedback Tissue segmentation
Divisions: 20 Department of Computer Science
20 Department of Computer Science > Mathematical and Applied Visual Computing
Date Deposited: 17 Apr 2020 09:59
Last Modified: 17 Apr 2020 09:59
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