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An intelligent X-ray assistant

dc.affiliation.instituteInstitut für Neuro- und Bioinformatik
dc.contributor.authorMairhöfer, Dominik
dc.contributor.refereeMartinetz, Thomas
dc.contributor.refereeGrzegorzek, Marcin
dc.date.accepted2026
dc.date.accessioned2026-05-11T15:47:34Z
dc.date.available2026-05-11T15:47:34Z
dc.date.issued2026
dc.descriptionRöntgenbilder sind die meistgenutzte Modalität in der diagnostischen Bildgebung. Obwohl sie von fundamentaler Bedeutung sind, kommt es kontinuierlich zu Bildern, die nicht für eine Diagnose verwendet werden können. Seit der Entwicklung der digitalen Radiografie sind solche unbrauchbaren Bilder hauptsächlich auf eine falsche Positionierung des Patienten oder eine unsachgemäße Kollimation zurückzuführen. Entscheidend ist, dass diese Fehler jedoch direkte Auswirkungen auf die Gesundheit der Patienten haben können. Die Wiederholung der Aufnahme erhöht die Strahlenbelastung, verzögert die Behandlung und verlängert den Krankenhausaufenthalt. Aufnahmen von schlechter Qualität können sogar zu Fehldiagnosen und falschen Behandlungen führen, wenn sie unbemerkt bleiben. Letztendlich schaden Aufnahmen, die nicht diagnostisch verwendet werden können, auch dem Krankenhaus, da sie die Kosten, die Arbeitsbelastung des Personals und die Raumbelegung erhöhen. Um die Röntgenbildqualität zu verbessern, werden in dieser Arbeit Deep Learning basierte Methoden für Assistenzsysteme im Röntgenprozess entwickelt. Zuerst wird ein Framework entwickelt und verwendet, um zu lernen, die Qualität von Röntgenaufnahmen automatisch zu bewerten. Während Radiologen die Qualität in der Regel sofort einschätzen können, kommen die röntgenden MTRAs oft zu anderen Einschätzungen. Das automatische Bewertungssystem kann hier unterstützen und Patienten vor unnötigen Neuaufnahmen bewahren. Die Ergebnisse zeigen, dass Deep Learning Modelle in der Lage sind, die Qualität auf dem Niveau eines Radiologen für verschiedene Körperteile zu beurteilen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse erfolgt statt einer Bewertung von Röntgenbildern eine Vorhersage der Röntgenbildqualität anhand von Tiefenbildern. Während durch eine automatische Bewertung schlechte Bilder sofort erkannt werden können, kann deren Entstehen nicht direkt verhindert werden. Um dies zu erreichen, wurde mittels Tiefenkameras die Pose des Patienten aufgenommen und anschließend durch neuronale Netze vorhergesagt, welche Qualität das entstehende Röntgenbild haben wird. Eine solche Bewertung der Positionierung ermöglicht es, erst dann ein Röntgenbild aufzunehmen, sobald ein schlechtes resultierendes Röntgenbild unwahrscheinlich ist. Obwohl die Qualität nur anhand der Röntgenbilder selbst bestimmt werden kann, zeigen die Ergebnisse, dass eine ähnlich genaue Vorhersage auf Tiefenbildern möglich ist. Neben der Positionierung ist der Bestrahlungsbereich ein weiterer bestimmender Faktor der Röntgenbildqualität. Daher wurde ein System entwickelt, das den erforderlichen Bestrahlungsbereich automatisch bestimmt. Mit Tiefenkameras werden Bilder der Patienten aufgenommen, während gleichzeitig angefertigte Röntgenaufnahmen dazu dienen, den minimal erforderlichen Bestrahlungsbereich zu kennzeichnen. Das System lernt, den erforderlichen Bereich automatisch vorherzusagen, und zeigt eine Leistung, die mit der von ausgebildeten MTRAs vergleichbar ist. Insgesamt präsentiert diese Arbeit Ansätze zur Lösung der häufigsten Ursachen für die schlechte Qualität von Röntgenbildern. Sie stellt die ersten Studien vor, die Röntgenbilder oder Patientenpositionen systematisch hinsichtlich ihrer Eignung für die Diagnose bewerten.
dc.description.abstractRadiographs are the most commonly used modality in diagnostic imaging. Although they are of fundamental importance, there are constantly images acquired that cannot be used for diagnosis. Since the development of digital radiography, such unusable images have mainly been caused by incorrect patient positioning or improper collimation. Importantly, these errors can directly impact patients' health. Repeating the procedure increases radiation exposure, delays treatment, and extends hospital stays. Poor-quality images can even lead to misdiagnosis and incorrect treatment if unnoticed. Ultimately, images that cannot be used for diagnostic purposes also harm the hospital by increasing costs, staff workload, and room occupancy. To improve radiograph image quality, this thesis develops deep learning based methods for assistance systems in the radiography process. First, a developed framework is used to learn how to automatically assess the quality of radiographs. While radiologists can usually assess quality immediately, radiographers often come to different judgments. The automatic assessment system can provide support here and spare patients unnecessary repeat examinations. The results show that deep learning models are capable of assessing quality at the level of a radiologist across different parts of the body. Based on these results, instead of assessing radiographs, the quality of radiographs is predicted using depth images. While automatic assessment allows low-quality images to be detected immediately, it cannot directly prevent them from being produced. To achieve this, depth cameras were used to record the patient's pose, and neural networks were then used to predict the quality of the resulting radiograph. This type of positioning assessment makes it possible to acquire a radiograph only when a poor-quality image is unlikely to result. Although quality can only be determined on the radiographs themselves, the results show that a similarly accurate prediction is possible on depth images. In addition to positioning, the irradiation area is another key factor affecting radiograph quality. Therefore, a system is developed to automatically determine the required irradiation area. Depth cameras are used to capture images of the patients, while simultaneously acquired radiographs are used to label the minimally necessary irradiation area. The system learns to predict the required area automatically and demonstrates performance comparable to that of trained radiographers. Overall, this thesis presents approaches to solving the most common causes of low-quality radiographs today. It presents the first studies to systematically evaluate radiographs or patient poses in terms of their suitability for diagnosis.
dc.identifier.urihttps://epub.uni-luebeck.de/handle/zhb_hl/3648
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:841-2026051102
dc.language.isoen
dc.subject.ddc004
dc.titleAn intelligent X-ray assistant
dc.title.alternativeoptimizing diagnostic quality and image acquisition in digital radiography
dc.typethesis.doctoral

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