Die menschliche Retina - Visualisierung mit CINEMA 4D
Dr. Carl Glittenberg verwendet CINEMA 4D, für die grafische Darstellung medizinischer Daten in der Augenheilkunde.
Die menschliche Retina ist ein Organ mit einer komplexen Struktur und vielfältigen Aufgaben. Darüber hinaus ist sie sehr empfindlich und anfällig für Krankheiten, die zur Beeinträchtigung des Sehens oder bis zur Blindheit führen können.
Diese Krankheiten sind mit Hilfe von konventionellen Lichtmikroskopen und Retinal-Kameras oft schwer zu analysieren. In den letzten Jahren ist jedoch eine neue Technologie entstanden, die der Augenheilkunde von großem Nutzen ist, wenn es um die Einschätzung und Erforschung von Augenkrankheiten geht. Diese Technologie nennt man Optical Coherence Tomography, kurz (OCT). Mit Hilfe dieser Technologie können Augenärzte Querschnittsbilder der Retina ihres Patienten in Echtzeit erzeugen. Der Vorgang ist dabei für den Patienten völlig schmerzfrei und verletzungsfrei. Mit der Weiterentwicklung der OCT, der sogenannten Spectral Domain OCT ist es nun ausserdem möglich, Hunderte dieser Bilder innerhalb von Sekunden zu erzeugen. Daraus wiederum lassen sich dann 3D-Abbildungen der gescannten Retina erzeugen.
Zur Erzeugung dieser 3D-Abbildungen kommen die unterschiedlichsten speziellen 3D-Render-Engines zum Einsatz. Das Problem all dieser kommerziellen als auch nicht-kommerziellen Lösungen ist, dass sie alle mit einem Raycasting-Verfahren anstelle eines Raytracing-Verfahrens arbeiten. Dieses ist zwar signifikant schneller, was besonders beim Echtzeiteinsatz wichtig ist, jedoch nicht in der Lage echte Schatten zu erzeugen. Aufgrund dessen besitzen die erzeugten Bilder kaum Kontrast.
Wir entschieden uns daher einen Versuch mit CINEMA 4Ds schneller Raytracing-Enginge zu starten, um so auch die Schatten berechnen zu können. Auch die einfache Bedienung, das intuitive Interface, die vielseitige Einsetzbarkeit sowie der hervorragende Suppot von MAXON waren ausschlaggebende Kriterien. Mit dem Einsatz von CINEMA 4D war es uns möglich, deutlich mehr verwertbare Informationen aus den OCT-Daten zu gewinnen. Eine besseres Verständnis der retinalen Pathologie sowie die Beobachtung von Behandlungserfolgen sind die Folge. Das Ludwig Boltzmann Institute hat mit dieser Technik zahlreiche Awards erhalten und verschiedene Artikel dazu veröffentlicht.
Bild 1: Gesunde Retina. Die beiden oberen Bilder sind eine in CINEMA 4D erzeugte Rekonstruktion.
Das untere linke Bild zeigt ein Bespiel eines Querschnitts des gleichen Patienten. Beim Bild rechts unten handelt es sich im ein LSLO-Foto.
Bild 2: Membranen auf der Retina. Diese beiden Bilder zeigen den Unterschied, den CINEMA 4Ds Raytracing-Engine macht.
Das obere Bild zeigt die Daten gerendert im Raytracing-Verfahren.
Das untere Bild zeigt die gleichen Daten, jedoch ohne Raytracing mit einem konventionellen Render-System entstanden. Die Strukturen und Membranen der Retina sind im oberen Bild erheblich deutlicher zu erkennen.
Bild 3: Diese Bilder zeigen eine Krankheit, die sich als Loch in der Mitte der Retina manifestiert. Das Raytracing-Bild oben zeigt im Vergleich zum Bild mit einem herkömmlichen Render-System wieder deutlich klarere Details.
Bild 4: Hier sehen Sie die gleiche Krankheit wie auf Bild 3. In diesem Fall haben wir aber eine sogenannte "Retinal Thickness Map" erzeugt. Es zeigt die relative Dicke der Retina an verschiedenen Stellen. Dies gibt weitere Auskunft über den Zustand der Retina des Patienten.
Die Daten zur Erzeugung der Bilder sind mit Hilfe des Carl Zeiss Meditec Cirrus HD-OCT entstanden.
Relevante Links
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http://www.lbg.ac.at/de/life-sciences/2008/03/17/lbi-fuer-retinologie-und-biomikroskopische-laserchirurgie
Dr. Carl Glittenberg
http://www.cardiff.ac.uk/optom/contactsandpeople/academicstaff/drexler-wolfgang-prof-overview.html
http://www.meditec.zeiss.com/C125679E0051C774/Contents-Frame/2BF7095D5578B41D882572430063F9AD