Die komplexe Arbeit des Herzens in 3D

BREMEN. Herzblut in 3D: Manchmal verbinden sich medizinische Forschung und Kunst aufs Eindrucksvollste. So haben Experten des Fraunhofer-Instituts für Bildgestützte Medizin MEVIS in Bremen vor Kurzem einen 3-D-Film geschaffen, der das menschliche Herz in voller Aktion und aus verschiedensten Blickwinkeln zeigt.

Es schlägt und pumpt, und spezielle Techniken zeigen, mit welcher Dynamik das Blut durch die Gefäße strömt. Die Sequenz ist Teil eines neuen, interaktiven 3-D-Erlebnisses, das vor Kurzem im Linzer Museum "Ars Electronica Center" präsentiert wurde.

Als Museum der Zukunft zeigt es seinen Besuchern, wie neue, noch im Forschungsstadium steckende Technologien den künftigen Alltag prägen könnten - von der Arbeitswelt über die Freizeit bis zur Kunst. Teil des Centers ist der Deep Space.

Der Projektionsraum kann dreidimensionale Bilder, Filme und Animationen in extremer Auflösung darstellen. Nun wurde der Deep Space auf die neue 8K-Technologie umgerüstet - was Bildschärfe und Farbintensität nochmals steigert.

Im "Universum Mensch" bietet das Museum eine interaktive Reise durch eine dreidimensionale Visualisierung unseres Körpers und veranschaulicht, wie Organe, Knochen, Muskeln und Blutbahnen aussehen und funktionieren.

Das Museum spricht anlässlich des Ausstellungsangebotes von einem einzigartigen virtuellen Anatomiesaal der Zukunft. Das Fraunhofer MEVIS hat dafür nach eigenen Angaben als zentrales Element eine 3D-Sequenz des menschlichen Herzens beigesteuert.

Medizinische Daten als Basis

Zunächst baue sich aus den Schichtbildern eines CT-Scanners ein dreidimensionaler Block auf. Allmählich erkenne man Rippen, Zwerchfell und das schlagende Herz eines Mannes.

Die Perspektiven wechseln, dann hebt sich eine einzelne Bildschicht hervor. Sie zeigt, wie sich die Herzklappen mit dem Pulsschlag öffnen und schließen.

Jetzt erscheint eine MRT-Aufnahme. Auf ihrer Basis visualisieren raffinierte Algorithmen den Blutfluss: Aberhunderte farbige Funken stieben im Takt des Herzschlags durch Gefäße und Herzkammern und veranschaulichen, wo das Blut besonders schnell und druckvoll strömt.

Wird der Film nicht live kommentiert, erklingt eine eigens komponierte Soundlandschaft. Der Film kann auf YouTube angesehen werden.

Die dreiminütige Sequenz basiert laut Fraunhofer MEVIS vollständig auf realen medizinischen Daten, gewonnen vom institutseigenen MRT. Die CT-Daten stammten vom Universitätsklinikum Marburg.

Die Fraunhofer-Forscher erstellten den Film mit Hilfe von "MeVisLab" - einem Programmpaket, mit dem sich neue Softwarelösungen für die medizinische Bildbearbeitung bis zur Produktreife als Assistenzsystem für Mediziner entwickeln lassen.

Um die ästhetischen Bilder zu kreieren, verwendeten die Fachleute hochentwickelte Volumenrendering-Verfahren. Die Blutfluss-Sequenz gelange mit der partikelbasierten Strömungsvisualisierung, einer noch jungen Methode, die derzeit in Bremen in den klinischen Alltag überführt werde.

Ursprünglich stamme das Konzept von Computersimulationen für Windkanal-Experimente. Gefüttert mit den Daten eines MRT und angepasst auf den menschlichen Körper tauge es nun dazu, die Blutströme durch unser Gefäßsystem sichtbar zu machen.

Rückgriff auf bewährte Medizin-Software

Andere für den Film benutzte Techniken bewähren sich nach Institutsangaben bereits im Routineeinsatz: So könnten sich Ärzte per Softwareassistent genau jene Ansichten aus einem CT-Datensatz zeigen lassen, die wichtige Details etwa der Herzklappen besonders gut darstellen.

Die Experten arbeiten aber nicht nur an medizinischen Filmen und Hands-On Exponaten, allesamt basierend auf realen medizinischen Daten.

Sie entwickeln auch Programme für Virtual-Reality-Brillen. Zukünftig sollen so klinisches Personal geschult und Patienten aufgeklärt werden, wie das Fraunhofer MEVIS erläutert.