Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
c/o Arbeitsgruppe VOXEL-MAN
Haus W 26, Martinistraße 52,
20246 Hamburg, Germany

Tel.: + 49 (40) 7410-54831
e-mail: hoehne@uke.de

Curriculum vitae ..............................................................................................................................EEEnglish

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Forschung

Die gesamte wissenschaftliche Arbeit Höhnes war von Anfang an der Erfassung, Verarbeitung und Visualisierung von Bildern durch Computer gewidmet. Bereits während seiner Doktorarbeit auf dem Gebiet der Elementarteilchenphysik im Jahr 1967 entwickelte er ein Gerät zur Digitalisierung und Analyse von mit Funkenkammern aufgenommenen Fotografien von Teilchenspuren [1].

Noch als Physiker am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY wechselte er 1969 zu Computeranwendungen in der Medizin. Sein erstes Projekt war die Entwicklung eines Datenverarbeitungssystems für das klinische Labor, das den ersten Computer überhaupt an das Universitätsklinikum Hamburg- Eppendorf brachte.

Seine Arbeit in der medizinischen Bildverarbeitung begann 1972 mit der Analyse szintigrafischer Bildsequenzen. Zusammen mit seinen Kollegen entwickelte er komplette Hardware (einschließlich was man heute eine Grafikkarte nennt) und Software zur Quantifizierung der Durchblutung von Organen wie dem Gehirn oder der Lunge. [2]. Das neuartige System war fünf Jahre lang im klinischen Routineeinsatz.

Ermutigt durch diesen Erfolg entwickelte er ein System zur Analyse angiographischer Röntgenbild-Sequenzen mit dem Ziel, den Blutfluss zu quantifizieren [3]. Die Hardware zur Echtzeit-Videoaufzeichnung von 128 Bildern mit 256x256 Pixeln war damals beispiellos. Darüber hinaus machten die entwickelten High-Level-Softwaretools die Entwicklung und Verwendung des Systems einfach. Während die dazu entwickelte Software, z.B. eine spezielle Sprache für das Bildmanagement [4], ihrer Zeit voraus waren, waren die klinischen Ergebnisse unbefriedigend, da Röntgenbilder trotz der Schönheit der erzeugten Funktions-bilder keine ausreichend genauen quantitativen Ergebnisse zuließen.

1984 begannen er und seine Mitarbeiter (das "VOXEL-MAN-Team") mit bahnbrechenden Arbeiten in der 3D-Visualisierung von Querschnittsbildern aus CT und MRI. Der von ihm veröffentlichte Graustufen-Gradienten-Algorithmus [5] ermöglichte erstmals die Erstellung realistischer 3D-Oberflächen aus Schnittbildsequenzen. Die ersten virtuellen Sektionen der erstellten Volumenmodelle aus dem MRT und die erste realistische Rekonstruktion des Gehirns eines lebenden Patienten waren Höhepunkte auf den RSNA-Konferenzen in Chicago 1986 [6] und 1987 [7]. Auch die Rekonstruktion eines 3D-Modells eines schlagenden Herzens aus 4D-MRT-Daten bei RSNA im Jahr 1988 war ebenfalls ohne Beispiel [8]. 1990 wurde der Höhne-Algorithmus, der sich zum Standard für die 3D-Darstellung volumetrischer Bilddaten in der Medizin entwickelt hat, in den Siemens Magnetom-Tomographen implementiert.

Obwohl die erstellten Bilder attraktiv aussahen, war es nicht sicher, ob sie die Realität widerspiegelten. Daher führte das VOXEL-MAN-Team umfangreiche Untersuchungen ihrer Genauigkeit und Eignung für verschiedene medizinische Anwendungen durch.[9, 10].

Da um 1990 eine breite Anwendung der 3D-Bildgebung in der klinischen Arbeit durch das ungelöste Segmentierungsproblem eingeschränkt war, konzentrierten sich Höhne und sein Team auf Anwendungen in Ausbildung und Simulation. Er entwickelte ein Konzept zur Integration anatomischer und radiologischer Bilddaten mit deskriptivem Wissen [11]. Die Fähigkeit, in räumlichem und symbolischem Wissen hin und her zu navigieren, wurde erstmals 1995 im Gehirn- und Schädelatlas VOXEL-MAN als erstem seiner Art implementiert [16].

Es stellte sich heraus, dass die nahezu unendlichen Möglichkeiten, das angebotene räumliche und beschreibende Wissen zu durchstöbern, die Lernenden überforderten. Es war jedoch ein perfektes Werkzeug, um interaktives Lehrmaterial zu erstellen. 1998 wurde der VOXEL-Man 3D Navigator Brain and Skull (ehemals VOXEL-MAN Junior) entwickelt und bei Springer veröffentlicht (jetzt zum kostenlosen Download verfügbar).

Als 1996 der Visible Human Data Set mit seinen fotografischen und CT-Querschnitten von 1871 verfügbar war, erweiterten Höhne und sein Team die 3D-Rendering-Algorithmen um Farbbilddaten. Die entwickelten Algorithmen, die 3D-Modelle von nicht dagewesenem Realismus erstellten, sind immer noch Stand der Technik [12]. Auf ihrer Grundlage wurde der interaktive VOXEL-MAN Navigator Atlas der Anatomie und Radiologie der inneren Organe entwickelt und im Jahr 2000 von Springer veröffentlicht (jetzt zum kostenlosen Download verfügbar).

Der Wert von 3D-Volumenmodellen zeigte sich besonders, als das VOXEL-MAN-Team Algorithmen zum Materialabtrag mit haptischem Feedback entwickelte [13]. 2003 wurde der erste Prototyp eines Simulators für die Mittelohrchirurgie vorgestellt. Als erster seiner Art wurde er 2005 zu einem kommerziellen Produkt. VOXEL-MAN-Simulatoren für die Nebenhöhlenchirurgie und das Bohren von Zähnen folgten. Alle drei werden weltweit vom Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf vertrieben [15].

"Spin-off"

Auch über die Medizin hinaus erwiesen sich die neuartigen Bilder von VOXEL-MAN als Attraktion. 1994 standen sie im Mittelpunkt der Ausstellung "Le Corps Virtuel" [18] im Centre Pompidou in Paris.

1989 erstellte Höhne mit dem Institut für Ägyptologie der Universität Hamburg die ersten realistischen 3D-Rekonstruktionen eines Mumienkopfes. Die Webpräsentation „Die virtuelle Mumie“ [14] war um das Jahr 2000 die meistbesuchte am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.

Aufgrund ihrer über die Medizin hinausgehenden grafischen Qualität wurden Bilder aus dem VOXEL-MAN-Projekt 1992 Teil des SIGGGRAPH technical slide set .

Anlässlich des 100-jährigen Jubiläums der Entdeckung der Röntgenstrahlen erstellte das VOXEL-Man-Team die Animation „Professor Roentgen meets the Virtual Body“ [19], welche die Geschichte vom Röntgen bis zum virtuellen Körpermodell illustriert – komplett gerechnet mit der VOXEL-MAN-Software.

Im Jahr 2000 wurde in Kooperation mit der Tierklinik der Ludwig-Maximilians-Universität München das VOXEL-MAN-Konzept auf das Visible Animal Project übertragen [15]

Hoehne schuf auch Kompositionen auf der Grundlage der berühmten Zeichnungen von Leonardo da Vinci, die auf einem Poster der Medicine Meets Virtual Reality Conference 2008 zu sehen waren. Viele Zeitschriften verwendeten Bilder, die im Rahmen des VOXEL-MAN-Projekts erstellt wurden, als Titelseiten.

Aktivitäten im akademischen Leben

Höhne betreute sowohl an der Medizinischen Fakultät als auch am Fachbereich Informatik der Universität Hamburg eine Vielzahl von Diplom-(Master-) und Doktorarbeiten auf dem Gebiet der medizinischen Bildverarbeitung.

Neben Lehre und wissenschaftlicher Arbeit war Höhne auch in der Organisation der Wissenschaftskommunikation in seinem Bereich aktiv. Bereits 1981 organisierte er das International Meeting Digital Imaging in Medicine. Er leitete er die NATO Advanced Study Institute Pictorial Information Systems in Medicine (1884) und 3D Imaging in Medicine (1990). 1996 organisierte er die 4th Conference on Visualization in Biomedical Computing (VBC).

Er ist einer der Gründer der Society for Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention (MICCAI), war langjähriges Vorstandsmitglied und ist Fellow der Gesellschaft. Nach seiner Pensionierung diente er MICCAI mehrere Jahre als Organisator des jährlichen MICCAI-Studentenpreises und als ehrenamtlicher Wahlleiter.

Von seinen Aufgaben als Mitherausgeber der IEEE Transactions on Medical Imaging und als Mitglied des Editorial Boards mehrerer internationaler wissenschaftlicher Zeitschriften hat er sich zurückgezogen.

Seit 2004 vergibt die Fachgruppe Visual Computing in Biologie und Medizin der Deutschen Gesellschaft für Informatik (GI) alle zwei Jahre den Karl-Heinz-Höhne-Preis für herausragende Arbeiten auf dem Gebiet des Visual Computing in Biologie und Medizin.

2020 erhielt Höhne für seine Arbeit den MICCAI Enduring Impact Award.

Veröffentlichungen (seit 1985)

Ausgewählte Veröffentlichungen

[9] Karl Heinz Höhne, Martin Riemer, Ulf Tiede: Viewing operations for 3D-tomographic gray level data. In Heinz U. Lemke et al. (eds.): Computer Assisted Radiology, Proc. CAR '87, Springer-Verlag, Berlin, 1987, 599-609.

Karl Heinz Höhne, Robert L. DeLaPaz, Ralph Bernstein, Robert C. Taylor: Combined surface display and reformatting for the 3D-analysis of tomographic data. Invest. Radiol. 22 (1987), 658-664.

[11] Karl Heinz Höhne, Bernhard Pflesser, Andreas Pommert, Martin Riemer, Thomas Schiemann, Rainer Schubert, Ulf Tiede: A new representation of knowledge concerning human anatomy and function . Nature Med. 1, 6 (1995), 506-511.

Ulf Tiede, Michael Bomans, Karl Heinz Höhne, Andreas Pommert, Martin Riemer, Thomas Schiemann, Rainer Schubert, Werner Lierse: A computerized three-dimensional atlas of the human skull and brain. Am. J. Neuroradiology 14, 3 (1993), 551-559.

Dale A. Charletta: A Computerized Three-Dimensional Atlas of the Human Skull and Brain. American Journal of Neuroradiology 14 (3) (1993) 560-561 (Commentary)

[12] Ulf Tiede, Thomas Schiemann, Karl Heinz Höhne: High quality rendering of attributed volume data . In David Ebert et al. (eds.): Proc. IEEE Visualization '98. Research Triangle Park, NC, 1998, 255-262. (ISBN 0-8186-9176-X).

Thomas Schiemann, Ulf Tiede, Karl Heinz Höhne: Segmentation of the Visible Human for high quality volume based visualization . Med. Image Anal. 1, 4 (1997), 263-271.

[5] Karl Heinz Höhne, Ralph Bernstein: Shading 3D-images from CT using gray level gradients . IEEE Trans. Med. Imaging 5, 1 (1986), 45-47.

Karl Heinz Höhne, Ralph Bernstein: Correction to "Shading 3D-images from CT using gray level gradients " . IEEE Trans. Med. Imaging 5, 3 (1986), 165.

[13] Bernhard Pflesser, Andreas Petersik, Ulf Tiede, Karl Heinz Höhne, Rudolf Leuwer: Volume cutting for virtual petrous bone surgery. Comput. Aided Surg. 7, 2 (2002), 74-83.

Andreas Petersik, Bernhard Pflesser, Ulf Tiede, Karl Heinz Höhne, Rudolf Leuwer: Realistic haptic interaction in volume sculpting for surgery simulation . In Nicholas Ayache, Hervé Delingette (eds.): Surgery Simulation and Soft Tissue Modeling, Proc. IS4TM 2003, Lect. Notes Comput. Sci. 2673, Springer-Verlag, Berlin, 2003, 194-202.

[14] Andreas Pommert: Dreidimensionale Darstellung altägyptischer Mumien aus computertomographischen Bildfolgen. In Rosemarie Drenkhahn, Renate Germer (Hrsg.): Mumie und Computer, Kestner-Museum, Hannover, 1991, 19-20.

Karl Heinz Höhne: Virtual Mummies: Unwrapped by the click of a mouse. In Renate Germer (ed.): Mummies: Life after death in ancient Egypt, Prestel, München, 1997, 118-120. (see also The Virtual Mummy )

[16] Karl Heinz Höhne et al. VOXEL-MAN Brain and Skull The novel Hypermedia system for UNIX workstations, Springer 1995, ISBN3-540-1417-6 (Movie).

Karl Heinz Höhne et al. VOXEL-MAN Junior Brain and Skull, Anatomy and Radiology in Virtual Reality Scenes, Springer 1998, ISBN 3-540-14676-8..

Karl Heinz Höhne et al. VOXEL-MAN Navigator Inner Organs, Regional, Systemic and Radiological Anatomy, Springer 2000, ISBN 3-540-14759-4 (download)

Karl Heinz Höhne et al. VOXEL-MAN Navigator Brain and Skull, Regional, Functional and Radiological Anatomy, Springer 2001, ISBN3-540-14910-4, 2009, ISBN 978-3-642-01211-2. (download)

Karl Heinz Höhne et al. VOXEL-MAN Navigator Brain and Skull, Regional, Functional and Radiological Anatomy, 2000, ISBN 7-980042-10-7 (Chinese version)

Karl Heinz Höhne et al. VOXEL-MAN Navigator Upper Limb, Regional and Radiological Anatomy, Springer 2008, ISBN 978-3-540-21010-8.

[17]
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VOXEL-MAN ENT (Temporal Bone, Sinus)
Temporal Bone and Sinus Surgery Simulator
Video

VOXEL-MAN Dental
Dental Training Simulator
Video

[19] "Professor Roentgen Meets the Virtual Body", ein mit der VOXEL-MAN-Software erstelltes Video - anlässlich des 100-jährigen Jubiläums der Entdeckung Röntgens (1994).

The Virtual Mummy, Untersuchung der Rekonstruktion des Kopfes einer 2300 Jahre alten Mumie am Bildschirm(1989-1997).