Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn das Gehirn glüht

26.07.2016

Neues Verfahren von Fraunhofer MEVIS vermittelt mit innovativer Visualisierungstechnik medizinische Zusammenhänge schnell und intuitiv

Langsam dreht sich das Gehirn auf dem Bildschirm und lässt sich aus allen Blickwinkeln inspizieren. Plötzlich glüht es an bestimmten Stellen auf: erst an der Seite, dann über den gesamten Hinterkopf. Die eindrucksvollen Bilder veranschaulichen, welche Hirnareale beim Sehen, Sprechen, Hören und Tasten in unserem Kopf aktiv werden.


Video: Meta-realistic Medical Moving Images of the Brain

Das Verfahren stammt vom Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS in Bremen und verwendet die moderne Visualisierungstechnik „Physically Based Rendering“ in Kombination mit medizinischen Bilddaten, angereichert um klinisch relevante Zusatzinformationen. Seine Premiere feiert es in einem Exponat, das am 1. Oktober im Innsbrucker Science Center AUDIOVERSUM vorgestellt wird.

Mittlerweile ist die Computertechnik so leistungsfähig, dass sich selbst mit gewöhnlichen PCs und modernen Grafikkarten fotorealistische Animationen erstellen lassen. Eine wichtige Rolle spielt hierbei ein Rechenverfahren namens Physically Based Rendering. Es simuliert, wie sich einzelne Lichtstrahlen in einer Szenerie ausbreiten.

Wie in der Wirklichkeit wird jeder Lichtstrahl von der Umgebung beeinflusst: Spiegel reflektieren ihn, Milchglas schwächt ihn ab und streut ihn, Hindernisse absorbieren ihn. Das Resultat: Wände, Gegenstände und Personen erscheinen in einem natürlich anmutenden Licht, Weingläser spiegeln Reflexe, Objekte werfen komplexe Schatten – die Szene wirkt so real wie ein Foto oder eine Filmaufnahme.

Hollywood-Regisseure und Computerspiel-Programmierer verwenden solche Systeme regelmäßig und verblüffen mit immer realistischeren Computerbildern. Fachleute von Fraunhofer MEVIS nutzen die Technik nun für einen anderen Zweck: Auf der Basis von medizinischen Daten wie CT- oder MRT-Bildern erstellen sie dreidimensionale Bewegtbilder, die sie mit weiteren medizinischen Informationen anreichern.

Das Resultat: Bildsequenzen, die komplexe medizinische Zusammenhänge auf ästhetische und instruktive Weise veranschaulichen. Erste Anwendungen liegen in 2D- und 3D-Filmen, Trainingsmaterialien sowie bei interaktiven Installationen. Auf lange Sicht könnte das Verfahren aber auch als erweitertes Visualisierungswerkzeug für die Medizin von Bedeutung sein, etwa bei Diagnosen und Operationsplanungen.

Softwaresysteme, die medizinische Bilddaten aus CT- oder MR-Scannern zu dreidimensionalen Bildern verarbeiten, gibt es schon länger. „Wir haben diese anatomischen Aufnahmen um eine Ebene erweitert, nämlich um fotorealistisch dargestellte, klinisch relevante Zusatzinformationen, die man mithilfe spezieller Software aus medizinischen Daten herausziehen kann“, erläutert Alexander Köhn, Softwarearchitekt bei Fraunhofer MEVIS. „Diese Zusatzinformation wird mit der Anatomie verschmolzen.“

Ein Beispiel für diesen „Meta-realistic Medical Moving Images“-Ansatz ist eine interaktive Bildsequenz, die die Funktionsweise des menschlichen Gehirns veranschaulicht. „Wir wollen die starke visuelle Wahrnehmungsfähigkeit des Menschen nutzen, um komplexe Zusammenhänge intuitiv, korrekt und schnell zu transportieren“, betont Bianka Hofmann, Wissenschaftskommunikatorin bei Fraunhofer MEVIS.

Zunächst haben die Forscher mit einem MR-Scanner eine hochaufgelöste anatomische 3D-Aufnahme des Gehirns gemacht. Anschließend ließen sie Testpersonen verschiedene Aufgaben im Scanner erfüllen – Texte lesen, Gedichte rezitieren, Musik hören, Bilder betrachten. Dabei schalteten sie den Scanner in einen Modus, bei dem er mit hoher zeitlicher Auflösung den Effekt der Blutversorgung im Gehirn bei verschiedenen Aufgaben erfasst.

Aus diesen funktionellen Magnetresonanz-Aufnahmen ermitteln statistische Verfahren die Intensität, mit der ein Hirnareal an einer bestimmten Aufgabe beteiligt ist. So reagiert beim Musikhören vor allem das Hörzentrum an der Seite des Schädels, beim Bilderbetrachten der visuelle Kortex im Hinterkopf. Je höher diese Intensität ist, umso heller wird dieses Bildvolumen dargestellt. Kombiniert mit den anatomischen MR-Daten entstehen Bilder, auf denen jene Stellen im Gehirn „aufglühen“, die beim Sehen oder beim Hören aktiv sind. Mit Hilfe des Physically Based Renderings erscheinen diese Bilder überaus realistisch.

Zum Einsatz kommt die neue Technik erstmals im AUDIOVERSUM in Innsbruck anlässlich der Langen Nacht der Museen am 1. Oktober. Dann stellt das Science Center ein von Fraunhofer MEVIS konzipiertes Exponat vor, bei dem die Besucher sich interaktiv über die Funktionsweise des Gehirns informieren können. Ausschnitte aus den „Meta-realistic Medical Moving Images“ wird Fraunhofer MEVIS-Institutsleiter Horst Hahn bereits auf dem Ars Electronica Festival am 9. und 10. September in Linz präsentieren.

Weitere Informationen:

https://youtu.be/vMJdaSfMeWs Video ansehen

Bianka Hofmann | Fraunhofer MEVIS - Institut für Bildgestützte Medizin

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Auf die richtige Verbindung kommt es an: Tiefe Hirnstimulation bei Parkinsonpatienten individuell anpassen
22.06.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

nachricht Forschungsprojekt BabyLux: Neues Messinstrument schützt Frühgeborene vor Gehirnschädigungen
12.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften