Computergestützte Visualisierung eines human-embryonalen Gehirns

In der vorliegenden Arbeit wurde das 3-D-Modell des Gehirns eines fruhen humanen Embryos angefertigt, des Weiteren eine 3-D-Software entwickelt, die es erlaubt, das Modell in Echtzeit manipulierbar darzustellen und es schlieslich vollwertig stereoskopisch betrachten zu konnen. Diese Software wird Studierenden auf dem Server des Leibniz-Rechenzentrums zur Verfugung gestellt. Damit konnen sie am eigenen Rechner virtuelle 3-D-Modelle, die am Lehrstuhl III der Anatomischen Anstalt erarbeitet und bereit gestellt werden, plastisch (auch stereoskopisch) studieren. So besteht in Zukunft die Moglichkeit, die embryonale Entwicklung mit zeitgemasen Methoden leicht verstandlich zu veranschaulichen. Dem 3-D-Modell diente als Quellmaterial eine Schnittserie aus 574 Schichten eines menschlichen Embryos im Carnegie-Stadium 18. Die Schichten wurden uber ein Mikroskop digitalisiert und am Computer wieder raumlich zueinander ausgerichtet. Um die ursprunglichen anatomischen Verhaltnisse trotz der verzerrten Schnitte mit dem kommerziell verfugbaren Programm AmiraDev 3.0 moglichst korrekt herzustellen, wurde dieser elementare aber komplizierte Schritt durch selbst entwickelte Techniken unterstutzt und sichtbar verbessert. Im so entstandenen Bilderstapel wurde das Gehirn markiert und dann zum virtuellen Modell trianguliert. Die hier entwickelte 3-D-Software erlaubt es, das willkurlich drehbare 3-D-Modell sowie andere Rekonstruktionen am Rechner anzuzeigen. Eine frei wahlbare Schnittebene und die Transparenzfunktion geben Aufschluss uber den inneren Aufbau des 3-D-Modells, z. B. uber das Ventrikelsystem. In der Programmiersprache C++ wurden hocheffiziente, handoptimierte Bibliotheken fur lineare Algebra und Computergrafik entwickelt, die eine ruckfreie Betrachtung ermoglichen. Im Hinblick auf Effizienz, Erweiterbarkeit und Fehlervermeidung wurde auf ein wohl uberlegtes Software-Design mit sicherer Semantik Wert gelegt. Auch wenn ein virtuelles 3-D-Modell bereits einen besseren raumlichen Eindruck als eine plane Abbildung verschafft, kommt eine echte Tiefenwirkung erst durch stereoskopische Darstellung zustande. Diese wurde lege artis als asymmetrische perspektivische Projektion so implementiert, dass sie unkompliziert auf Tastendruck genutzt werden kann. Die ausgereifte Software beherrscht das Anaglyphenverfahren (Rot-Grun-Brille) genauso wie auch aufwendigere Projektionsverfahren. Die Arbeit stellt daruber hinaus in kurzer Form die fur die Programmentwicklung relevanten mathematischen Grundlagen dar. Ferner wird ein Uberblick uber die im Internet verfugbaren, teils kommerziell vertriebenen Datensatze – speziell zur Embryologie – gegeben und das selbst entwickelte Darstellungsmodell mit seinen Vorteilen und den (selbst auferlegten) Beschrankungen in dieses Bezugssystem eingeordnet.