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1969 Erster Computer im UKE
Die DESY-Arbeitsgruppe entwirft auf Anregung von Dr. Dragutin Nowak mit Prof. Claus Schneider und Dr. Ricardo Montz (Abteilung Nuklearmedizin der Radiologischen Klinik) erstmalig ein System (System ISAAC) zur interaktiven Auswertung von Bildern einer Gamma-Kamera, die die Verteilung eines radioaktiven Strahlers im Körper zeigt (Szintigramme). Digitale Bilder sind zu dieser Zeit noch unbekannt, den Begriff "Pixel" kennt nur eine Hand voll Experten. Für die Bildauswertung wird einer der ersten Bitmap-Displays (64x64 pixels, 16 Graustufen) entwickelt, heute würde man das eine Graphikkarte nennen. Die Interaktion mit dem Bild erfolgt über einen "Lichtgriffel". Auf der Basis von ISAAC wird zum Beispiel ein Verfahren zur Feststellung des Hirntods entwickelt. Bis zur Ablösung durch ein kommerzielles Gerät läuft ISAAC noch fünf Jahre im Routinebetrieb.
Die DESY-Arbeitsgruppe entwickelt mit der Radiologischen Klinik ein System zur quantitativen Auswertung von Angiogrammen (Folgen von Röntgenbildern). Ziel ist es, den Blutfluss in Organen wie Niere, Leber, Lunge, Herz für die radiologische Diagnostik zu quantifizieren. Der Informatik-Ansatz des vom Forschungsministerium mit einer Million DM geförderte Projekts ist richtungweisend. Die gesamte Hardware für Bild-Aufnahme und Speicherung ist eine Eigenentwicklung. Es werden spezielle Computersprachen sowohl für die Auswertung, als auch die Verwaltung von Bildfolgen in einer Datenbank entwickelt. Diese läuft auf dem DESY-Großrechner der mit dem UKE über eine Datenleitung von 40,8 kbits/s verbunden ist. Dennoch ist das sehr informatik-orientierte Projekt für die Medizin nicht der angestrebte Fortschritt, da sich wegen grundsätzlicher Eigenschaften der Bilder die gewünschte Information nicht in genügender Präzision extrahieren lässt. 1978 Institut für Mathematik und Datenverarbeitung in der Medizin (IMDM)
Digitale Bilder finden immer mehr Eingang in die radiologische Diagnostik. Für die elektronische Speicherung und Kommunikation wird eine Bilddatenbanksprache entwickelt und mit dieser ein neuartiges Demonstrationssystem erstellt. Bereits damals erlaubt dieses die Bildauswahl per Touchscreen. Für die Diskussion des Stands der Technik organisiert das Institut 1984 das NATO Advanced Study Institute "Pictorial Information Systems in Medicine" in Braunlage, auf dem EUROPACS, European Association for Picture Archiving and Communication Systems (PACS) gegründet wurde. Die Techologie der Rechnernetze und der Bilddarstellung ist für eine breite Anwendung allerdings noch nicht geeignet. Da die zu lösenden Probleme nicht als wissenschaftliche Herausforderung angesehen werden, wird dieses Arbeitsgebiet wieder verlassen.
In Zusammenarbeit mit der Abteilung für Mikroskopische Anatomie (Prof. Adolf Friedrich Holstein und Dr. Wolfgang Schulze) werden erstmals aus mikroskopischen Schnittfolgen des menschlichen Samenkanälchens 3D-Ansichten erzeugt, mit denen bewiesen werden kann, dass die Spermien gemäß Reifezustand spiralförmig angeordnet sind.
1984 Erste 3D-Rekonstruktionen aus radiologischen Schnittbildern Angeregt durch die Arbeiten von Gabor Herman (Philadelphia) werden in Zusammenarbeit mit der Radiologischen Klinik erste 3D-Rekonstruktionen aus Computer-Tomogrammen (CT) und Kernspin-Tomogrammen (MRT) erzeugt. Sie werden auf dem Deutschen Röntgenkongress 1984 gezeigt und eher als Spielereien wahrgenommen.
1985 Erste Anwendungen in der Chirurgie von Gesichtsmissbildungen
Prof. Hans-Joachim Höltje von der damaligen Klinik für Mund-Zahn- und Kieferheilkunde des UKE erfährt auf einer Tagung in Philadelphia von den Informatik-Entwicklungen im eigenen Klinikum und nimmt den Kontakt auf. In der daraus entstehenden jahrelangen Kooperation gehört die ZMK-Klinik weltweit zu den ersten, die 3D-Modelle (auch schon als stereolithographische 3D-Drucke) erfolgreich für die Chirurgieplanung anwenden. 1985 Der Durchbruch zu realistischen Darstellungen
Bei einem Forschungsaufenthalt beim IBM Palo Alto Scientific Center in Kalifornien hat Karl Heinz Höhne Zugriff auf Computer (IBM 3081), deren Kapazität die in Hamburg verfügbare bei weitem übertraf. Dies erlaubt ihm zusammen mit Ralph Bernstein die Entwicklung eines neuartigen Darstellungsverfahrens ("Grauwertgradienten-Schattierung"), das Bilder mit bisher nicht gekannter Realitätstreue hervorbringt*. Das Verfahren wird das Standardverfahren für die 3D-Visualisierung von radiologischen Schnittbildern. Während damals die Berechnung eines Bildes immer noch Minuten dauerte, kann nun (2016) ein gewöhnlicher PC diese in Bruchteilen von Sekunden erzeugen. * Karl Heinz Höhne, Ralph Bernstein: Shading 3D-images from CT using gray level gradients . IEEE Trans. Med. Imaging 5, 1 (1986), 45-47.
1986-1988 Mehrere weltweite Premieren Das Verfahren wird mit Bilddaten aus der Radiologischen Klinik und von Siemens erprobt. Es erlaubt nun erstmals die Darstellung des Gehirns (1987) und des schlagenden Herzens (1988) von lebenden Personen aus der Magnetresonanz-Tomographie. Die Demonstrationen, zum Teil schon in stereoskopischer Darstellung, waren Highlights auf den Amerikanischen Radiologie-Kongressen (RSNA) dieser Jahre in Chicago. Das Institut für Mathematik und Datenverarbeitung in der Medizin wird zum Ziel vieler ausländischer Besucher.
1986 Das Projekt erhält den Namen "VOXEL-MAN" Der Name leitet sich her aus dem Begriff Voxel, einer Bezeichnung für die dreidimensionalen Pixel, aus denen die 3D-Modelle bestehen. Unter dem Namen wird das Projekt weltweit bekannt. Oft wird das Wort VOXEL-MAN auch als generelle Bezeichnung für ein digitales Körpermodell benutzt. 1986 ff Der vergebliche Versuch die 3D-Verfahren in der Klinik zu verbreiten
Die Erwartung, dass sich die Verfahren in der diagnostischen Radiologie oder chirurgischen Disziplinen wie der Neurochirurgie schnell durchsetzen würden, erfüllt sich nicht. Trotz der großen Anschaulichkeit kommen die Radiologen auch weiterhin mit den klassischen Schnittbildern zurecht. Für die Chirurgie-Planung und -Simulation sind die Vorteile offensichtlich. Der Schritt in die virtuelle Welt ist jedoch noch zu groß, zumal die Verfahren damals noch zeitraubend und umständlich zu handhaben sind. Es dauert viele Jahre, bis sie zum professionellen Instrumentarium gehören.
1988 Erstmalige Fusion von CT- und MRT-Bildern
Die Computer-Tomographie stellt Objekte hoher Dichte (Knochen, Metall) besser dar, die Kernresonanz-Tomograpie aber eher die Weichteile. Es gelingt erstmals die beiden bildgebenden zu kombinieren. Das Verfahren reicht für den "Hausgebrauch" und wird nicht weiter entwickelt.
1990 VOXEL-MAN im Siemens-Kernspintomographen Magnetom Als erstes kommerzielles Gerät überhaupt bietet der Siemens Kernspintomograph Magnetom mit einer Version von VOXEL-MAN ein Programm zur 3D-Darstellung. Wegen der zu geringen Leistungsfähigkeit der verfügbaren Computer (die Berechnung eines Bildes dauerte mehrere Minuten) setzt sich das Verfahren damals in der Klinik noch nicht durch. Heute gehören entsprechende Programme zum Standardrepertoire jedes Tomographen.
1990 Prof. Lierse begeistert sich für VOXEL-MAN
Wegen des zunächst geringen Anklangs, den die Verfahren in der klinischen Medizin fanden, wenden sich die Forscher der Entwicklung von computerbasierten 3D-Modellen für die Aus- und Weiterbildung zu. Prof. Werner Lierse (1928-1993) hilft anatomisches Lehrbuchwissen mit den neuartigen Modellen zu verbinden. Über einen längeren Zeitraum verbringt Lierse für VOXEL-MAN mehr Zeit im Institut für Mathematik und Datenverarbeitung in der Medizin als in seinem eigenen Institut.
1991 Verbindung von bildlichem und beschreibendem Wissen
Die Aufgabe der Zuordnung anatomischer Beschreibungen zu Körpermodellen führt unwillkürlich zur Beschäftigung mit Verfahren der Wissensrepräsentation. Auf der Basis der "semantischen Netzwerke" wird ein Konzept entwickelt, das die Zuordnung und damit die Abfrage von Wissen und Wissensbezügen im bildlichen Kontext erlaubt. Der Benutzer kann im beschreibenden Wissen "navigieren" und dieses im 3D-Modell anzeigen lassen und umgekehrt.
1991 Der erste interaktive 3D-Atlas des menschlichen Hirns und Schädels
Auf der Basis der entwickelten Wissensrepräsentation wird der erste interaktive 3D-Atlas des menschlichen Hirns und Schädels entwickelt. Prof. Lierse stirbt unerwartet 1993 und kann die Premiere der Endversion des 3D-Atlas leider nicht erleben. Er wird mit der fachlichen Begleitung von Prof. Udo Schumacher (Institut für Anatomie und Experimentelle Morphologie) fertiggestellt. Der Atlas besteht aus einem dreidimensionalen Modell des menschlichen Hirns mit 250 anatomischen Objekten, das am Bildschirm aus beliebigen Richtungen betrachtet, geschnitten, auseindergenommen, abgefragt und in seinen radiologischen Erscheinungsformen dargestellt werden kann. Für die Annotationen können fünf verschiedene Sprachen (deutsch, englisch, französisch, japanisch und chinesisch) gewählt werden. Kommentar* im American Journal of Neuroradiology über Ausstellungsbesucher beim RSNA-Kongress in Chicago 1991, die mit dem Atlas arbeiteten: ".................they were looking into the future". * Am. J. Neuroradiology 14, 3 (1993), 560 1994 VOXEL-MAN im Zentrum der Ausstellung "Le Corps Virtuel" in Paris
Es zeigt sich, dass die neuartigen Bilder auch jenseits der Medizin eine große Anziehungskraft entwickeln. So zeigt im April 1994 das Centre Pompidou in Paris eine Ausstellung mit dem Titel "Le Corps Virtuel", bei der Animationen aus dem VOXEL-MAN-Projekt im Mittelpunkt stehen. Die Zeitung "Le Monde": "..........fort spectaculaire (ausgesprochen spektakulär)". * Le Monde, 7. April 1994
1994 Virtuelle Endoskopie
Von Beginn an erlaubt VOXEL-MAN die freie Wahl des Blickpunkts und die perspektivische Darstellung der Sicht von dort, also auch aus dem Körperinneren. Obwohl also die Technik bereit ist, kommen andere früher auf die Idee, diese zur Simulation von endoskopischen Prozeduren ("virtuelle Endoskopie") zu benutzen.
1995 VOXEL-MAN auf der Titelseite von Nature Medicine
Anlässlich der Veröffentlichung A new representation of knowledge concerning human anatomy and function* erscheint auf dem Titelblatt von Nature Medicine eine mit dem VOXEL-MAN-System erzeugte Komposition, die computer-generierte Anatomie einer Zeichnung Leonardo da Vincis gegenüberstellt. * Nat. Med. 1, 6 (1995), 506-511
Karl Heinz Höhne erhält die Röntgenplakette für " Grundlegende Arbeiten zur
1996 Visualization in Biomedical Computing (VBC) in Hamburg
1996 richtet das IMDM die 4th Conference on Visualization in Biomedical Computing mit ca. 220 Teilnehmern aus. Während dieses Treffens wurde die Zusammenlegung mit den Konferenzen CVRMed (Computer Vision, Virtual Reality and Robotics in Medicine) und MRCAS (Medical Robotics and Computer Assisted Surgery) in die Konferenz Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention (MICCAI) beschlossen. Die erste MICCAI Konferenz fand 1998 in Boston, Massachusetts, USA statt.
1998 Der erste realistische interaktive 3D-Atlas der inneren Organe
In 1995 veröffentlicht die U.S. National Library of Medicine den sogenannten Visible-Human-Datensatz. Dieser besteht aus 1871 photographischen Schnittbildern eines Leichnams, sowie den zugehörigen CT- und MRT-Bildern. Diese Daten eignen sich ideal für die Erzeugung von 3D -Modellen mit dem VOXEL-MAN-Verfahren. Das VOXEL-MAN-Team, verstärkt durch eine Gruppe von begeisterten Doktoranden und studentische Hilfskräften und unter anatomischer Aufsicht von Prof. Udo Schumacher (Institut für Anatomie und Experimentelle Morphologie) entwickelt einen dreidimensionalen Atlas der inneren Organe mit bis dahin nicht bekannter räumlicher Auflösung und Realitätsnähe. Mit der schon vom Hirnatlas bekannten Funktionalität können 650 anatomische Objekte untersucht werden. Er wird im Springer-Verlag als VOXEL-MAN 3D-Navigator Innere Organe auf DVD publiziert und kann heute frei heruntergeladen werden. Die Realitätstreue der Darstellungen ist auch jetzt noch unübertroffen.
1998-2000 Die denkwürdige Dissertation von Markus Urban
Markus Urban ist Doktorand am Institut für Mathematik und Datenverarbeitung in der Medizin. Er ist begeisterter Mediziner und Computer-Freak. Er bekommt das Thema einen 3D-Atlas des Gefäßsystems des Hirns aus Magnetresonanz-Tomogrammen (MRT) zu erstellen. Er beschließt, dies mit den Daten seines eigenen Hirns zu machen und unterzieht sich langwierigen Aufnahmen bei Siemens in Erlangen. Er tut dies mit großer Sachkenntnis und ungeheurer Energie. Das Ergebnis ist ein neuartiger interaktiver 3D-Atlas. Markus Urban kommt im Dezember 2000 nach einer Nachtschicht in der Neuroradiologie mit seinem Fahrrad bei einem Verkehrsunfall ums Leben. Die fertige Dissertation liegt auf dem Tisch. Die medizinische Fakultät verleiht ihm posthum die Doktorwürde.
2002 VOXEL-MAN erhält Comenius-Medaille
Die im Springer-Verlag erschienenen interaktiven anatomischen Atlanten VOXEL-MAN 3D-Navigator: Innere Organe und VOXEL-MAN 3D-Navigator: Gehirn und Schädel werden mit der Comenius-Medaille 2002 ausgezeichnet. Die Comenius-Medaille (jetzt Comenius EduMedia Award) ist die älteste europäische Auszeichnung für Bildungsmedien. 2002 Ein erster 3D-Akupunktur-Atlas
Bei den Chirurgen beginnen die 3D-Verfahren Akzeptanz zu gewinnen, da sie die Patientenanatomie so zeigen, wie sie sie bei einem Eingriff vorfinden. Das VOXEL-MAN-Team entwickelt ein Verfahren der zur Simulation von riskanten Eingriffen wie denen am Mittelohr. Über die stereoskopische Darstellung und haptische Rückkopplung hat der Chirurg den Eindruck mit einem realen Patienten zu arbeiten ("virtual reality"). Zusammen mit Dr. Rudolf Leuwer von der HNO-Klinik des UKE wird der weltweit erste Simulator für die Mittelohrchirurgie als Prototyp fertiggestellt.
2005 Der erste kommerzielle Simulator für die Mittelohrchirurgie
Mit der Firma Spiggle und Theis Medizintechnik wird ein Vermarkter für das System gewonnen. Das System wird in Institutionen in aller Welt für die Ausbildung in der Mittelohrchirurgie eingesetzt.
2008 VOXEL-MAN Navigator Arm und Hand
Auf der Basis des Visible-Human-Datensatzes wird der 3D-Navigator Arm und Hand ein interaktiver Atlas der Anatomie und Radiologie der oberen Extremität entwickelt und bei Springer veröffentlicht.
2010 VOXEL-MAN als kommerzielle Aktivität des Universitätsklinikums
VOXEL-MAN wird eine kommerzielle Tätigkeit des Universitätsklinikums unter der
2011- heute VOXEL-MAN wird führender Anbieter für materialabtragende Simulatoren für HNO und Zahnmedizin TemoSurg wird mit neuer Software und erweiterten Funktionen als VOXEL-MAN Tempo auf den Markt gebracht. Es folgen VOXEL-MAN Dental, ein virtueller Trainingssimulator für die Zahnmedizin, Sinus, ein virtueller OP-Simulator für die endoskopische Nasennebenhöhlenchirurgie and My Cases für die patientenspezifische Simulation von Eingriffen.
2013 VOXEL-MAN im Medizinhistorischen Museum Hamburg
Das VOXEL-MAN- Projekt wird in die Dauerausstellung des Museums aufgenommen. Besucher können sich ein Bild von den Pionierarbeiten des Projekts machen. An einem Touch-Screen kann man 3D- Modelle des menschlichen Körpers untersuchen, zum Beispiel auch das erste 3D-Modell des Hirns eines lebenden Patienten. Oder man kann einen der ersten medizinischen 3D-Drucke anschauen. Auf der Urversion des VOXEL-MAN HNO-Chirurgiesimulators von 2005 läuft die Simulation eines Eingriffs am Mittelohr ab.
2020 MICCAI Enduring Impact Award
Die Erfolge des VOXEL-MAN-Projekts werden mit dem MICCAI Enduring Impact Award für Karl Heinz Höhne gewürdigt.
Zu guter Letzt: 'Spin-off' Für das VOXEL-MAN-Projekt entwickelte Methoden führen auch zu neuen Anwendungen jenseits der Medizin. 1989-1997 Die "Virtuelle Mumie"
Anlässlich eines Vortrags von Frau Dr. Renate Germer vom Altägyptischen Seminar der Universität Hamburg kommt 1989 die Idee auf, Mumien aus computer-tomographischen Bildern zu rekonstruieren. Der Kopf einer vor 2300 Jahren verstorbenen etwa 30-jährigen Frau wird computer-tomographisch aufgenommen und ein Schädelmodell erstellt. Es entwickelt sich als "spin-off" von den eigentlichen Forschungsaufgaben eine mehrjährige Zusammenarbeit. 1989 wird der Schädel einer 2300 Jahre alten Mumie einer jungen Frau rekonstruiert. Er wird 1991/92 im Rahmen der Ausstellung Mumie + Computer im Kestner Museum Hannover gezeigt. 1997 werden die Daten der Mumie für die Ausstellung Das Geheimnis der Mumien - Ewiges Leben am Nil (Museum für Kunst und Gewerbe, Hamburg) neu aufbereitet und unter dem Titel Die Virtuelle Mumie ins Internet gestellt. Sie ist dort in den Jahren um die Jahrtausendwende die meistbesuchte Internetseite des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf. Sie war auch dem Wissenschaftsmagazin Science* unter dem Titel "Cool images" eine Notiz wert. * Science 285, 491, 1999.
1999 The Visible Dog - 3D-Modell eines Beagles
Im Institut für Tieranatomie Ludwig-Maximilians-Universität München erfasst Peter Böttcher Daten von einem Beagle in Form von
aus denen mit den VOXEL-MAN-Programmen ein dreidimensionaler Atlas der Anatomie und Radiologie des Beagles erstellt wird.
1989-2019 VOXEL-MAN und Leonardo da Vinci
Anatomische Darstellungen analog zu denen von Leonardo da Vinci werden mit dem VOXEL-MAN-System erstellt. Eine Auswahl wurde als Poster 2008 auf dem Meeting 'Medicine Meets Virtual Reality' in Long Beach, CA, gezeigt. 2019 wurde es anlässlich des 500. Todesjahres von Leonardo mit dem etwas arroganten Titel 'VOXEL-MAN! Leonardo would love it' recycelt.
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| VOXEL-MAN-Bilder auf Titelseiten von Zeitschriften und Büchern | |||||||||
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