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Erfinder des Jahres 2016

Herausragende Erfindung

Es gibt sie, diese eine Erfindung, die alles verändert. Dr. Klaus Engel von Siemens Healthineers in Erlangen hat mit dem „Cinematic Rendering“ die medizinische Bildgebung in eine neue Ära geführt: Statt Schichtaufnahmen, die nur Radiologen beurteilen können, entstehen aus den Daten von Röntgengeräten oder Computertomografen fotorealistische Aufnahmen aus dem Körperinneren. Dafür wurde Engel als Erfinder des Jahres 2016 in der Kategorie „Herausragende Erfindung“ ausgezeichnet.

 

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Inspiration aus Hollywood

Der Name „Cinematic Rendering“  spielt auf die Fortschritte der Animationstechnik an, die vor allem das Filmunternehmen Pixar vorangetrieben hat. Den Entwicklern dort gelang es als Ersten, den computeranimierten Trickfilm mit Lichteffekten wie in der Natur zu verbessern. Nur so werden die Figuren plastisch und wirken lebensecht. Rendering heißt der Prozess, in dem aus Rohdaten Bilder erzeugt werden. 

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Medizinische Bilder werden verständlich

Im November 2014 wurde das Cinematic-Rendering-Verfahren der Öffentlichkeit präsentiert. Die Bilder sorgten in der medizinischen Fachwelt für weltweites Aufsehen. Seither benutzen viele Mediziner das Verfahren im Testbetrieb – dafür muss nur die Software auf die bildgebenden Geräte gebracht werden –, um Operationen zu planen, bei Gesprächen mit Patienten und anderen Ärzten sowie zur Ausbildung.

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Eine möglichst natürliche Beleuchtung ist der Schlüssel

Zwar gab es für CT-Scans bereits vor der Erfindung von „Cinematic Rendering“  Verfahren, die Blutbahnen, Knochen und Gewebe dreidimensional darstellen, aber die realistische Beleuchtung und damit die räumliche Dimension fehlte. Diese kann man nur erzielen, wenn man weiß, wie die Strukturen Licht reflektieren würden, wären sie vom übrigen Gewebe befreit. So entsteht die Tiefe des Bildes: weiche und harte Schatten, Reflexionen, kurzum alles, was eine Darstellung realistisch aussehen lässt. 

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Der Trick: Die relevanten Lichtbahnen identifizieren

Die Ausbreitung von Licht ist eine hochkomplexe Angelegenheit. Jeder Lichtstrahl wird unzählige Male gestreut, bevor er auf der Netzhaut des Betrachters auftrifft. Da auch der leistungsfähigste Rechner überfordert ist, in Echtzeit die Millionen von Lichtpfade zu berechnen, die jedes Objekt reflektiert, kamen Engel und sein Team auf die Idee, mithilfe der mathematischen Monte-Carlo-Simulation nur die wichtigsten Photonenpfade zu identifizieren und zu berechnen.

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Seit meiner Kindheit bin ich begeisterter Computerspieler und ich wollte immer wissen, wie die interaktiven Grafiken und der Sound erzeugt werden. Die Fortschritte, die die Computergrafik in den vergangenen Jahren erzielt hat, haben mich inspiriert, das Cinematic-Rendering-Verfahren zu entwickeln. Wir sind mit unserer Forschung noch lange nicht am Ende und wollen in Zukunft noch viel mehr aus den Rohdaten herausholen.

Dr. Klaus Engel, Entwickler, Siemens Healthineers