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Deutscher Zukunftspreis - Cinematic Rendering - Anatomie trifft Kino

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Moderne bildgebende Verfahren lassen tief in den menschlichen Körper blicken. Forscher haben eine Möglichkeit entwickelt, die medizinische Bilder auch für Laien begreifbar machen.

Cinematic-Rendering-Darstellung der Nervenfasern im Gehirn auf Basis von Magnetresonanz-Daten
Cinematic-Rendering-Darstellung der Nervenfasern im Gehirn auf Basis von Magnetresonanz-Daten Quelle: Ansgar Pudenz/Deutscher Zukunftspreis

Es ist ein bekanntes Alltagsproblem: Die Computer- oder Magnetresonanztomografie liefert Medizinern wertvolle Hinweise auf Verletzungen oder Krankheiten. Radiologen sind darauf trainiert, aus den Schichtbildern eine 3-D-Struktur zu rekonstruieren. Doch für Laien, die sich mit der menschlichen Anatomie weniger gut auskennen, bleiben die Aufnahmen oft unverständlich. Das erschwert die Kommunikation zwischen Radiologen und behandelnden Ärzten, vor allem aber zwischen Medizinern und Patienten.

Nominierung für den Deutschen Zukunftspreis

Dieses Hindernis wollen Klaus Dieter Engel und Robert Schneider, führende Experten für Visualisierung bei Siemens Healthineers in Erlangen, überwinden. Gemeinsam mit Professor Franz A. Fellner, Leiter des Zentralen Radiologie Institutes am Kepler Universitätsklinikum in Linz, haben sie eine Technologie entwickelt, die Daten aus Computer- oder Magnetresonanztomografen in Kinoqualität darstellen lässt.

Mit dem sogenannten "Cinematic Rendering" haben sie die bislang weltweit einzigartige Möglichkeit geschaffen, medizinische Bilder so aufzubereiten, dass sie natürlich wirken und für jeden begreifbar sind. Dafür sind die Forscher für den Deutschen Zukunftspreis nominiert, der heute von Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier in Berlin verliehen wird.

Als Vorbild dient die Kinowelt

"Wir haben uns von einer Methode inspirieren lassen, die bereits in Animationsfilmen zum Einsatz kommt: Beim Rendering werden virtuelle Figuren nachträglich so beleuchtet, dass sie sich wie in einer echten Szenerie in die Umgebung einfügen", sagt Diplom-Informatiker Klaus Dieter Engel. Seit 2014 arbeitet er am Verfahren. Für ihn war das Kino der Auslöser: "Ich bin begeistert von guter Computergrafik und davon, wie perfekt mittlerweile die Effekte geworden sind."

Doch in der Medizin sind die Anforderungen viel höher als im Film: "Für die Kinowelt werden die Effekte über Wochen und Monate berechnet, während im medizinischen Einsatz die Bilder ohne zeitlichen Vorlauf vorliegen müssen. Außerdem muss nicht nur die Oberfläche modelliert werden, in der Medizin arbeiten wir mit volumetrischen Daten. Anders ausgedrückt: Charaktere wie Gollum in 'Herr der Ringe' sind innen hohl."

Unterstützung bei schwierigen Eingriffen

Als Resultat liefert das "Cinematic Rendering" dreidimensionale und fotorealistische Abbildungen des Körpers, die selbst feine Strukturen deutlich und plastisch hervortreten lassen. Klaus Dieter Engel geht sogar einen Schritt weiter: "Unsere Bilder sind quasi hyper-realistisch, denn wir können die medizinischen Daten in einer Weise darstellen, wie man sie in der realen Welt niemals sehen würde. Wir können zum Beispiel Nervenfasern aus dem menschlichen Gehirn in einer Feinheit darstellen, wie das in der Realität niemals möglich wäre."

Am Universitätsklinikum Erlangen wird "Cinematic Rendering" seit dem Sommer als Hilfsmittel für die Planung chirurgischer Eingriffe, etwa an Leber, Galle oder Bauchspeicheldrüse, erprobt. Mit dem neuen Verfahren ist beispielsweise der genaue Verlauf von Blutgefäßen plastisch zu sehen. "Das ist für die Planung operativer Eingriffe sehr wichtig, denn da darf man natürlich nicht hineinschneiden, weil man sie sonst verletzen würde und es zu Blutungen kommen kann", betont Klaus Dieter Engel.

Vision: Einsatz in Virtual-Reality Brille

Franz A. Fellner setzt die Technologie bereits seit 2015 in Linz ein: für Präsentationen für die Allgemeinbevölkerung, aber insbesondere auch zur Aus- und Weiterbildung - zusätzlich zum Sezieren von Leichen. "Naturgemäß sind einzelne Strukturen bei einem toten Körper nicht so gut erkennbar wie bei einem lebenden Menschen", sagt Franz A. Fellner. "So fehlt beispielsweise das Blut, das die Gefäße füllt. Leere Gefäße sind schwerer zu identifizieren als volle. Hier leistet unsere Methode eine große Hilfestellung."

Klaus Dieter Engel hat bereits eine Vision vor Augen: "Für bestimmte Aufgaben kann es interessant werden, im Operationssaal Bilder in transparenten Brillen im 'Cinematic Rendering' darzustellen. Das könnte zum Beispiel dem Chirurgen helfen, bei Operationen am Schädel die Knochenschnitte optimal zu setzen und damit das Komplikationsrisiko noch weiter zu verringern." Und ganz nebenbei versteht endlich auch der Patient anhand anschaulicher Bilder, an welcher Krankheit er leidet und was wie operiert wird.

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Videolänge:
48 min
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