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Faszinierende Einblicke ins Körperinnere

Pressemitteilung der Stadt Remscheid

Einzigartige Bilder und Modelle der menschlichen Anatomie – in 3D – laden zu einer spektakulären Reise durch den Körper ein. Heute entstehen auf der Basis von Bilddaten von der Magnetresonanztomographie (MRT) und der Computertomographie (CT) am Computer mithilfe der sogenannten Cinematic-Rendering-Technologie hyperrealistische Körperbilder, die völlig neue Einblicke ins Innere eröffnen. Diese und weitere spannende Entwicklungsschritte der 3D-Visualisierungstechniken von der Röntgenstereoskopie bis hin zum 3D-Druck zeigt die Sonderausstellung "Die dritte Dimension" vom 24. Juni bis 31. August im Deutschen Röntgen-Museum.

Einen Blick in das Innere des menschlichen Körpers zu werfen, interessiert die Menschen schon sehr lange. Doch über Jahrhunderte hinweg war dieser Blick unter die Haut nur Ärzten und Wissenschaftlern vorbehalten, denn es gab nur eine Möglichkeit, das Körperinnere zu erkunden – man musste den Körper mit dem Skalpell aufschneiden. Mit der Entdeckung der Röntgenstrahlen 1895 wurde es dann erstmals möglich, einen Blick in den lebenden Menschen zu werfen. Doch die frühen Röntgenaufnahmen waren nur zweidimensional. Man wandte zum Beispiel spezielle Betrachtungstechniken an, um die Röntgenaufnahmen so aufzubereiten, dass das menschliche Gehirn sie als dreidimensional wahrnimmt. Der wirkliche Durchbruch in der 3D-Bildgebung gelang erst durch die einsetzende Computerisierung in den 1970er Jahren. Bildgebende Systeme wie CT oder MRT scannen den Körper Schicht für Schicht. Die daraus entstehenden riesigen Datenmengen werden von Computern digital zu dreidimensionalen Bildern zusammengesetzt. CT- und MRT-Daten sind auch die Basis für die neueste 3D-Visualisierungstechnik, das sogenannte „Cinematic Rendering“. Mit diesem Verfahren werden hyperrealistische Bilder erzeugt, die den Betrachter auf eine virtuelle Reise durch den menschlichen Körper schicken.

Bisher konnten in der Medizin sehr detaillierte Bilder des menschlichen Körpers berechnet werden. Bestimmte visuelle Effekte, wie sie in der Natur auftauchen, ließen sich allerdings nicht abbilden. Die Wahrnehmung des Menschen ist darauf trainiert, kleinste Schattierungsnuancen zu interpretieren, um daraus Formen und Distanzen abzuschätzen. Diese unterschiedlichen Schattierungen kommen durch die komplexe Interaktion des Lichts mit Objekten zustande. Licht wird an Oberflächen reflektiert, gebrochen und gestreut. Es dringt aber auch in das Material ein, ändert dabei das Spektrum und immer wieder seine Richtung, um an einer anderen Stelle wieder aus dem Material auszutreten. Diese komplexen Pfade zu berechnen, die das Licht nimmt bis es auf der Netzhaut unserer Augen auftrifft, war bisher zu rechenaufwändig und die Algorithmen zu langsam. Wie in der Filmindustrie Hollywoods benutzen die Ingenieure bei Siemens Healthineers um den Wissenschaftler Dr. Klaus Engel zur Beleuchtung der Szene fotografisch aufgenommene Kugelpanoramen. In der Filmindustrie werden solche Kugelpanoramen benutzt, um digitale Charaktere, wie z.B. Gollum aus „Herr der Ringe“, in Szenen mit echten Schauspielern glaubhaft zu integrieren. Damit die Beleuchtung des digitalen Charakters, der häufig erst lange nach der Aufnahme in die Szene eingefügt wird, glaubhaft ist, wird zur Aufnahmezeit ein Kugelpanorama aufgenommen. Dieses wird später dann zur Beleuchtungsberechnung des digitalen Charakters eingesetzt. Licht und Schatten sowie die komplette Färbung der Szene ist dadurch bei den echten Schauspielern und den digital eingefügten Charakteren identisch. Engel hat mit dem Cinematic Rendering eine Software entwickelt, die es ermöglicht, mit fotografischen Kugelpanoramen medizinische Daten in einer natürlichen Beleuchtung zu zeigen. Damit konnten die Siemens Ingenieure sehr komplexe Beleuchtungsumgebungen schaffen, die die anatomischen Strukturen besonders gut zur Geltung bringen. Durch den hohen Dynamikumfang der entstehenden Bilder werden sehr dramatische Effekte erzielt, die wichtige Details für das Auge herausstechen lassen.

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