Simulation

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Simulation

Medizinische Technologie und Anwendung
Medical Technology and Applications
3. Issue
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Graphics & Media
Technology
Editorial
Medizinische Informationstechnik wird
die Zukunft der medizinischen Praxis
bestimmen. Bedingt durch rapide
Weiterentwicklungen der bildgebenden
Verfahren und immer leistungsfähiger
gewordene Rechner stehen heute
Diagnose- und Therapieverfahren zur
Verfügung, die ein neue Qualität und
Effizienz der Medizin gewährleisten.
Exemplarisch können hier die chirurgischen Navigationssysteme benannt
werden, die sich in den führenden
chirurgischen Zentren etabliert haben
und Eingriffe in einer Präzision ermöglichen, die vor wenigen Jahren noch
für unrealisierbar gehalten wurde.
Dabei muss insbesondere in Zeiten
der Konsolidierung des Gesundheitssystems darauf geachtet werden, dass
neben der Etablierung eines neuen
Qualitätsstandards die Kosten nicht
nur im Rahmen gehalten sondern
sogar reduziert werden.
Eine Kerndisziplin der rechnergestützten Medizin ist die graphische Datenverarbeitung. Angefangen von der
Visualisierung radiologischer Datensätze
bis hin zur rechnergestützten Modellierung von Zahnersatz bilden Präsentation und Interaktion in medizinischen
Informationssystemen zentrale Kriterien, die für eine Anwendbarkeit in
der medizinischen Routine und für
die Akzeptanz bei den Ärzten ausschlaggebend sind. Dabei werden in
zukünftigen Anwendungen vor allen
Dingen folgende Anwendungsfelder
ein zentrale Rolle spielen:
Individuelle Therapieplanung
Um digitale Modelle für die Behandlungsplanung zu nutzen, wird individuelle Patientenmodellierung benötigt.
Diese Behandlungs- und Interventionsplanung wird die Qualität standardisieren und erhöhen, Risiken für
Patienten reduzieren und die Frage
der Haftbarkeit bei Ärzten betreffen.
Um Zeit, Kosten und Subjektivität zu
minimieren, muss die Modellierung
mit einem Minimum an manueller
Arbeit erfolgen. Forschungsrichtungen
für die Modellierung sind die Entwicklung und Verbesserungen der existierenden Verfahren für die robuste,
automatische und präzise Rekonstruktion dreidimensionaler Objekte aus
verschiedenen Typen von Eingabedaten.
Technologische Entwicklungen werden
an Einsetzbarkeit und Zuverlässigkeit
in bezug auf Geschwindigkeit, Skalierbarkeit, und Robustheit bemessen.
Chirurgische Anwendungen allgemein
werden hier eine fundamentale
Rolle spielen
Navigation
Navigation bedeutet, dass nach Fertigstellung des Behandlungsplans sichergestellt wird, dass die Ausführung
der Therapie dem gewünschten Plan
folgt. Das Schlüsselelement hier ist das
Verfolgen der Lage von Instrumenten,
Patient und Arzt und die ergonomische Darstellung der Navigationsinformation. Dazu werden Techniken
aus dem Bereich »Augmented Reality« eingesetzt und Verfahren zur
kabellosern Echtzeit-Verfolgung mit
Hilfe von hybriden sicht- und sensorbasierten Ansätzen weiterentwickelt.
Der Forschungsschwerpunkt in diesem Szenario wird die automatische,
schnelle und zuverlässige Registrierung realer (Patient) und modellierter
(Computermodell) Daten in medizinischen Umgebungen sein.
Contact
2
Dr. Georgios Sakas
Fraunhofer IGD Darmstadt, Germany
Phone:+49 (0) 6151/155-153
Email: [email protected]
URL: http://www.igd.fraunhofer.de/igd-a7
Uli Bockholt
Phone:+49 (0) 6151/155-277
Simulation & Training
Simulation ermöglicht die Evaluierung
von verschiedenen Behandlungsalternativen an einem Computermodell.
Dabei reichen die Anwendungsfelder
von der molekularen Ebenen (z. B.
Biosimulation einer Krebszellreaktion
auf Bestrahlung oder Chemotherapie)
über die Biomechanik (z.B. die Simulation des Blutflusses in einer Klappenersatz einer Herzklappe mit Hilfe
von FEM) bis zur Operationssimulation
(z. B. Bewertung der Operationspfade
zur Durchführung einer Gewebebiopsie bei Bronchialkrebs nahe am Herzen). Die Simulation kann auch zu
Trainingszwecken durchgeführt werden und beinhaltet dann auch didaktische und pädagogische Elemente
einschließlich der Evaluierung der Lernkurve. Beide Gebiete werden enorm
an Bedeutung gewinnen und einerseits durch den gegenwärtigen Trend
der Qualitätssicherung in der Medizin, andererseits durch die Gesetzgebung in verschiedenen Ländern
unterstütz werden.
Die Brachenbroschüre »Medizinische
Technologie und Anwendungen« des
INI-GraphicsNet möchte in diesem
Kontext aktuelle Forschungsarbeiten
in den verschiedensten medizinischen
Disziplinen vorstellen, in den Methoden
der graphischen Datenverarbeitung
zur Diagnose- und Therapieunterstützung eingesetzt werden und somit
Trends der zukünftigen medizintechnischen Entwicklung aufzeigen.
Computer Graphics is a core discipline
in computer aided medicine. Starting
from image processing and visualization of complex radiological data and
going up to the 3-D modelling of
onlays, crowns and bridges in dentistry,
presentation and interaction are key
technologies in the development of
medial information systems that
form the key criteria for usability and
acceptance of the systems. Thereby
the following application fields will
play a fundamental role in further
developments:
Individual therapy planning
Individual Patient models of interesting
anatomic structures are required in
order to develop an individual therapy
planning system. Such therapy planning systems will establish higher
quality standards, will reduce the risk
for the patient and adequately address
the question of liability for practitioners. In order to minimise time, costs
and subjectivity the model generation
has to be automated to the greatest
possible extend. The focus of research
lies in the optimisation of robust,
efficient and precise reconstruction
of 3D-objects resulting from different
types of input data. The usability,
reliability and success of technical
developments will be measured by
the criteria velocity, scalability and
robustness. In this context especially
surgical applications will play a
fundamental role.
Navigation
The task of navigation is the application of the desired therapy plan to
the individual, real interventional
situation. Thereby key elements are
on the one hand the registration of
position and orientation of instruments, patient and surgeon, and on
the other hand the ergonomic presentation of the navigation supporting information. Technologies from
the field of »Augmented Reality« as
well as hybrid and wireless tracking
methods combining computer vision
and sensor based approaches are of
particular interest in this context. The
focus of research in the field of navigation is the development of real-time
referencing algorithms establishing a
correspondence between real data
(patient) and computer models
(planning results) in real medical
environments.
Simulation & Training
Simulations offer a possibility for the
evaluation of different therapeutic
approaches with a computer model
without physical patient involvement.
The application fields of medical simulation ranges from the molecular
domain (e. g. biosimulations of cancer cell reactions during radiation or
chemotherapy), over biomechanical
applications (e. g. simulation of
blood flow via FEM through an artificial heart valve) to the operation simulation (e. g. the validation of the
optimal surgical path to perform an
aiming biopsy in a critical domain).
Simulation offers also new training
possibilities including didactical and
pedagogical elements, as well as the
validation of the learning curve. Both
applications, simulation and training,
become continuously more important
because of the actual trend of medical quality assurance and new legislative regulations for cadaver and
animal training in many countries.
Editorial
Medical information technologies will
strongly influence the medical routine
of the future. As a consequence of a
rapid development of image based
methods and an increasing computational power new therapeutic and
diagnostic methods are used today
allowing higher standards in quality
and efficiency of medicine. As an
example navigation systems can be
mentioned in this context, which are
now established in leading surgical
centres of excellence and which are
offering a new dimension of surgical
precision. In times of consolidation of
the health care systems worldwide
not only an increasing quality but also
a reduction of the common costs has
to be kept in mind.
In this context the thematic brochure
»Medical Technology and Applications« of the INI-GraphicsNet wants
to present actual research projects in
different medical disciplines where
computer graphics are used as core
technology to support therapy and
diagnosis. Several examples of actual
trends influencing future developments in medicine are illustrated.
3
Simulation
Biomechanische
Simulation
Simulation ist eine seit langem etablierte Methode, um reele Situationen zu analysieren ohne sie konstruieren zu müssen. Als Beispiel sei die
Flugsimulation erwähnt, ohne die
ein Pilotentraining undenkbar ist. In
der Medizin kann Simulation eingesetzt werden, um Untersuchungen
»am Modell« statt am Patienten
durchzuführen. Somit können Ärzte
experimentieren und optimieren,
ohne den Patienten zu gefährden.
Man kann »virtuelle Untersuchungen« durchführen, die von der Qualität her die traditionellen ersetzen
könnten. Des weiteren können Finite Elemente Analysen, die auf patientenspezifischen Eingangsdaten
beruhen, zur Unterstützung in der
Funktionsdiagnostik herangezogen
werden. So kann z. B. Finite Elemente
Software genutzt werden, um die
Belastungsverteilung im Wirbelsäulenbereich zu analysieren.
Projektbeispiele
Finite Elemente Analyse
biomechanischer Vorgänge
Finite Elemente Analysen, die auf
patientenspezifischen Eingangsdaten
beruhen, können zur Unterstützung
in der Funktionsdiagnostik herangezogen werden. So kann z. B. Finite
Elemente Software genutzt werden,
um die Belastungsverteilung im Wirbelsäulenbereich zu analysieren. In
Zusammenarbeit mit der Universitätsklinik Greifswald wird in dieser Art
ein Simulationspaket entwickelt, mit
dem es möglich ist, die patientenspezifische Luftströmung in der menschlichen Nase zu simulieren und zu
visualisieren. Dazu wird aus den CT
Daten des Nasenbereiches ein Finite
Elemente Modell abgeleitet. Um die
Simulationsergebnisse zu verifizieren,
werden parallel zur Simulation Strömungsexperimente mit Hilfe eines
Silikonmodells des Nasenkanals
durchgeführt.
Experimentelle Studie mit Hilfe eines
Silikonmodells des
Nasenkanals
Experimental
Studies of patient
specific respiratory
flow using silicon
models of the nose
channel
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Uli Bockholt
Phone:+49 (0) 6151/155-277
Zur Validierung der Simulationsergebnisse werden experimentelle Untersuchungen an der Universitäts-HNOKlinik Greifswald durchgeführt. Zum
einen werden Experimente mit
»Mink´schen Kästen« durchgeführt,
die ähnliche Strömungscharakteristika
wie die Nasenströmung aufweisen.
Diese Modelle können am Rechner
sehr exakt modelliert werden und
eignen sich somit gut für einen Vergleich von Simulation und Experiment. Zum anderen werden mit Hilfe
von Silikonabgüssen der Nasenkanäle
patientenspezifisch experimentelle
Messungen durchgeführt. Von den
gleichen Patienten werden Tomographiedatensätze aufgezeichnet, die als
Eingangsdaten für die Simulation herangezogen werden. Als Fluid wird in
den Experimenten Wasser verwendet,
in der Simulation kann zwischen
Wasser (zum Vergleich Experiment/
Simulation) und Luft (zur Funktionsanalyse) gewählt werden.
Exemplary Projects
Simulation is a long established
method for analysing real situations
without having to construct a real
model. As an example, flying simulation is a necessary tool for today’s
pilot training. In medicine simulations
can be used in order to enable examinations »on the model« instead of
examinations on the real patient.
Thus, physicians can experiment and
optimise treatment methods without causing additional discomfort
and/or hazards for the patient. By
means of simulation »virtual examinations« can be performed in a
quality comparable to the traditional
methods. Furthermore a comprehensive finite element framework
to enable simulation of patientspecific biomechanics gives new
possibilities for diagnosis. Highly
sophisticated finite element software is used, e. g., to examine the
load sharing in a patient’s spine.
Finite Element Analysis of
biomechanics
A comprehensive finite element framework to enable simulation of patient
specific biomechanics gives new possibilities for diagnosis. Highly sophisticated finite element software is used
to examine the load sharing in the
patient’s spine, for example. In co-operation with the University Hospital in
Greifswald, finite element studies are
performed to analyze the endonasal
airflow. The finite element models
are derived from the patient’s CT/MRI
scans. To verify the simulation result,
experimental investigations and measurements are carried out using a
silicon model of the nose channel.
The goal of this project is to investigate individual nasal complaints and
to detect respiratory disorders.
The most important topic for the
usability of the system is the possibility to validate the simulation results.
Different validation concepts have
therefore been established. The first
approach was to use the so-called
Mink Boxes for validation. The Mink
Boxes are brick formed boxes, which
have been used to explore basic
functional properties of the nose like
the diffusion behavior. They show
flow characteristics, which are similar
to the nasal flow, and they can
exactly and easily be digitized. In the
next validation step, silicon models
of the patient’s nose channels are
going to be made to analyze flow
characteristics. The CT or MR scans
of the same patients are used as
input data for a simulation. Water is
used as the fluid for experimental
simulations. The fluids air or water
(for comparison) can be chosen for
the simulation.
Simulation
Biomechanical Simulation
Simulation der Nasenströmung
Simulation of the Endonasal Airflow
5
Simulation
Projektbeispiele
RF Processor – ein Ultraschallsystem in Software
Im Projekt RF Processor wurde vom
Fraunhofer IGD in Zusammenarbeit
mit dem Fraunhofer IBMT eine Applikation entwickelt, die es erlaubt,
große Teile eines Ultraschallgerätes in
Software zu simulieren. Normalerweise wird ein solches Gerät nicht nur
für die Datenaufnahme sondern
auch für die Nachbearbeitung der
RF-Rohdaten verwendet, die dann als
Ultraschallbild auf dem eingebauten
Bildschirm dargestellt werden. Die
IGD-Software kann mit solchen Rohdaten umgehen und die notwendige
Nachbearbeitung (Flow Processor,
Scan Converter) durchführen, ebenso
wie sie auch Ultraschall-DICOM-Aufnahmen laden und beide Typen von
Daten anzeigen kann. Außerdem
bietet die Applikation dem Arzt die
Möglichkeit, die Daten weiter zu
bearbeiten. Diese Manipulationen
umfassen die Anzeige eines
Der Matrix-Schallkopf
The matrix probe
M-Mode-Bildes, Fluss-Analyse, wie
auch TDI-Analyse (Displacement,
Acceleration, Strain etc.)
ADUMS
Im Rahmen des ADUMS Projektes wird
ein neuartiges 4D-Ultraschallsystem
entwickelt, um räumliche Untersuchungen über die Zeit zu ermöglichen.
Das System benutzt Matrix-Schallköpfe und 3D adaptive Beamforing,
um extrem hohe Auflösung zu erreichen. Eine Echtzeit 3D-Visualisierung
ist dabei integriert. ADUMS definiert
ein voll digitales, Software basiertes
System der nächsten Generation mit
einer eingebauten multi-Prozessor
Architektur, welche 15 Gflops bei 2
Gbytes/sec Datendurchluss ermöglicht. Zielapplikationen sind Radiologie
und Kardiologie.
Das Projekt soll die Verfügbarkeit der
Technologie demonstrieren und das
Interesse der Industrie zu einer
kommerziellen Nutzung triggern.
U/S Funktionalität
abgebildet in Software
U/S functionality
implemented by software
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Stefan Wesarg
Phone:+49 (0) 6151/155-511
Dr. Georgios Sakas
Phone:+49 (0) 6151/155-153
Simulation
Exemplary Projects
RF Processor – an U/S systemin
software
Within the RF Processor project the
Fraunhofer IGD developed, in cooperation with the Fraunhofer IBMT,
an application allowing for the simulation of large parts of a U/S scanner.
Normally, such a device is not only
used for data acquisition, but also for
post-processing of the raw RF data
resulting in a display of the created
U/S image on a built-in screen.
Ergebnis der TDI-Analyse und daraus erzeugte M-mode-Bilder
TDI analysis output and computed M-mode images
IGD’s software can handle such raw
data, apply the required post-processing (Flow processor, Scan converter)
as well as it can handle U/S DICOM
images and display both data types.
In addition, the application enables
physicians to further modify and
explore the data. These data manipulations comprise M-mode display,
flow analysis as well as TDI analysis
(displacement, acceleration, strain etc.).
ADUMS
The ADUMS project aims for the development of an advanced 4D (3DSpatial + 1D-Temporal) ultrasound
system technology based on matrix
array transducer and 3D adaptive
beam forming to provide high-image
resolution capabilities combined with
real-time 3D visualization.
ADUMS defines a next generation of
fully digital, softwarebased ultrasound
system technology on a new embedded multi-processor HW platform
supporting more than 15 Gflops sustained throughput and 2Gbytes/seconds data flow. Target applications
are interventional radiology and
cardiology.
The scope of this project is to also
demonstrate that this technology can
become available and trigger the
interest of the relevant industry for
its commercial exploitation.
Der Prototyp des U/S Systems
The prototype of the U/S system
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Imaging
Radiologie und Kardiologie gehören
zu den »klassischen« Bereichen der
bildgebenden Diagnostik. Obwohl
im Bereich der Radiologie 3D-Bildgebungsysteme (CT, MRI) vorliegen,
wird der Großteil beider Methoden
durch Röntgenfilme, Ultraschall,
Angiographien etc. erstellt und ist
deshalb zweidimensional. Eine
zukunftsweisende Weiterentwicklung
besteht darin, diese Art der Bildgebung um eine dritte Komponente
(Raum) sowie im Falle der Kardiologie über die Zeitachse zu erweitern.
Dies gelingt einerseits durch Einsatz
von modernen 3D-Bildgebungsverfahren (Multi-Slice CT, MRI), andererseits durch Erweiterung von Ultraschall- und Angiographie-Geräten
derart, dass räumliche und dynamische Sequenzen aufgenommen
werden können. Durch die Integration von neuartigen 3D-Visualisierungstechniken und innovativen
3D-Modellierungsmethoden wird
dem Fachmann ein nützliches
Werkzeug an die Hand gegeben, das
ihm Einblicke in die Dreidimensionalität der Organe oder gar in die
Dynamik des Herzens ermöglicht.
Darüber hinaus sind 3D-Messfunktionen verfügbar, die eine Objektivierung der Diagnose ermöglichen.
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Dr. Georgios Sakas
Phone:+49 (0) 6151/155-153
Projektbeispiele
3D-Rekonstruktion von
Koronararterien
In Kooperation mit der Kardiologischen
Abteilung der Städtischen Kliniken
Darmstadt wurde ein System zur 3DRekonstruktion von Koronararterien
aus einer Reihe von Angiogrammen
entwickelt. Das System wurde als
Erweiterung von existierenden, konventionellen Angiographen durchgeführt.
3D-Heartview
Mit Unterstützung der Europäischen
Kommission wurde ein System entwickelt zur 3D-Modellierung von
Herzkammern (Ventrikel) aus einer
Sequenz von rotationalen bi-planen
Angiographien. Das System setzt
Rückprojektion ein und wird in der
Universitätsklinik Münster evaluiert.
New Röntgen
Ein eingebettetes Mikroprozessorbasiertes System zur Korrektur von Bewegungsartefakten auf CT-Bildern,
die durch bewegliche Organe hervorgerufen werden (z. B. Herz). Das
System analysiert die Artefakte und
benutzt innovative Methoden zur
Bewegungsunterdrückung, um sie
zu entfernen und somit ein extrem
scharfes anatomisches Bild des Herzens zu produzieren.
Exemplary Projects
3D-Reconstruction of
Coronary Vessels
In co-operation with the Cardiology
Department of the Städtische
Kliniken Darmstadt we have developed a system for reconstruction of
coronary vessels out of a sequence
of angiograms. The system is designed
as an extension of existing conventional angiography equipment.
New Röntgen
An embedded microprocessor-based
system for the correction of motion
artefacts in high performance medical
tomography imaging. The system
analyses the motion artefacts on CT
images caused by moving organs (e. g.
heart) and uses advanced motioncanceling methods to remove them
giving an extremely sharp image of
the heart.
Imaging
Radiology and Cardiology belong to
the »classical« areas of image-based
diagnosis. Although for radiology
some 3D-scanners are available (CT,
MRI), the vast majority of examinations in both disciplines is performed
by X-rays, ultrasound, angiographies
etc., it is therefore two-dimensional.
In the future such methods will be
extended by a third component
(space) and in the case of cardiology
also time. This can, on the one
hand, be achieved by using latest
imaging methods (Multi-Slice CT,
MRI), on the other hand, by using
supplement devices for ultrasound
and angiography equipment so
that spatial and dynamic sequences
can be recorded. By integrating
advanced 3D-visualization techniques and innovative 3D modelling methods, the specialist is given
an intuitive, easy-to-use tool allowing insights into the three-dimensionality of the human organs and
even the dynamics of the heart.
Furthermore, 3D measuring functions are available supporting a
greater objectivity of diagnoses.
3D-Heartview
With support of the European Commission we have developed a system
for 3D modelling of heart chambers
(ventricles) out of a sequence of
biplane rotational angiograms. The
system is employing back-projection
and is evaluated in the Universitätsklinik Münster.
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Imaging
Projektbeispiele
Medizinische 3D-Registrierung
Zur Diagnose und Therapieplanung
eines Patienten werden zumeist
mehrere tomographische Bildgebungsmodalitäten herangezogen. Medizinische Bildregistrierung ist notwendig,
um die Datensätze in ein gemeinsames Koordinaten System zu bringen.
Neben der manuellen, Marker und
Kontur basierten Registrierung wurden
vor allem Ansätze zur Voxel basierten
Registrierung unter Verwendung des
sogenannten Mutual Information
Kriteriums entwickelt. Des weiteren
wurden zusätzlich neue Methoden
zur Beschleunigung des Matching
Prozesses bei gleichzeitiger Beibehaltung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Methode ausgearbeitet.
Das Registrierungs-Tool wurde in die
über mehrere Jahre am Fraunhofer
IGD entwickelte Visualisierungs-Software »InViVo« integriert.
Qualitätsteigerung in der
Radiotherapie
Eine Qualitätssteigerung in der Radiotherapie erfordert eine genauere
Planung. Mit Unterstützung der DFG
und in Kooperation mit dem DKFZ/
Heidelberg wird u. a. ein innovatives
aktives Konturmodell zur Anatomiesegmentierung entwickelt. Darüber
hinaus werden bestehende Visualisierungstechniken zur Bewertung der
geplanten Bestrahlungspläne durch
innovative Ansätze des direkten Volumenrendering ergänzt, wodurch eine
kompakte und zugleich exakte Visualisierung der Patientenanatomie
ermöglicht werden soll.
Kompensierung der
Bewegungsartefakte bei
einem Phantom welches
im Kernspintomograph
bewegt wurde
Translation compensation of a phantom moved
in the MRI scanner
MRI-MARCB – MRI System
Development Correcting Motion
Artifacts for Cardiac and Brain
Diagnostic Applications
Die Bildgebung des Herzens ohne
Kontrastmittel und Röntgenstrahlen
mit der Kernspintomographie könnte
schon bald als Vorsorgeuntersuchung
für das Herz dienen, denn es ist gelungen die Bewegungsartefakte des
Atmens deutlich zu reduzieren. Dies
verringert die benötigte Aufnahmezeit enorm. Die Visualisierung und
Analyse des Herzens mit der Kernspintomographie entwickelt sich
rasant, so sind die Flussdarstellung
und die Herzwandanalyse Schwerpunkte des IGD in diesem Projekt.
Bei der funktionellen Bildgebung des
Kopfes wird aus zeitaufgelösten Bildfolgen anhand der Durchblutungsänderung im Gehirn (Blood Oxygen
Level Dependant) eine sogenannte
Aktivierungskarte basierend auf Intensitätsänderungen an den Punkten XY
errechnet. Das Fraunhofer IGD benutzt
ein stereotaktisches Trackingsystem,
um die Bewegungen des Kopfes mit
höchster Präzision zu verfolgen. Die
Bewegungsartefakte werden eliminiert, indem das Koordinatensystem
des MRI Scanners anhand der Daten
des Tracking Systems nachgeführt
wird. Unter Einsatz dieser Technik kann
bald die funktionelle Bildgebung des
Kopfes deutlich angenehmer für den
Patienten, wesentlich aufschlussreicher
und vor allem zeitsparender für den
Arzt werden.
Planung der affinen Transformation zur Kompensation der Atemartefakte
unter Benutzung der Bewegungsinformation des
Zwerchfells.
Compensation of the
breathing artifacts using
an affine transformation
which is calculated from
the movement of the
diaphragm
Contact
10
Evelyn Firle
Phone:+49 (0) 6151/155-502
Christian Dold
Phone:+49 (0) 6151/155-523
http://www.mri-marcb.org
Dr. Georgios Sakas
Phone:+49 (0) 6151/155-153
Imaging
Exemplary Projects
Medical 3D-registration
More than one tomographic medical
imaging modality is nowadays consulted for the purpose of diagnosis
or therapy planning of a single
patient. Medical image registration is
necessary to transform the datasets
into a common coordinate frame.
Besides manual, marker and contour
based registration, we investigated
approaches for voxel based registration using the so-called mutual information criterion. Additionally, new
approaches have been developed for
the acceleration of the matching
process, while simultaneously maintaining the accuracy and robustness
of the method. This registration tool
has been integrated into the visualization software »InViVo«, which has
been developed over several years in
Fraunhofer IGD.
Quality Improvement in
Radiotherapy
A quality improvement in Radiotherapy
requires an exact planning. Under
the support of DFG and in co-operation with DKFZ/Heidelberg we are
developing an innovative active contour
model for anatomy segmentation. In
addition existing methods for the
visualisation of the treatment plan
will be complemented by innovative
direct volume rendering techniques.
This will result in a compact and at
the same time accurate visualisation
of the patient’s anatomy.
MRI-MARCB – MRI System
Development Correcting Motion
Artifacts for Cardiac and Brain
Diagnostic Applications
Magnetic resonance imaging, which
enables images of the heart to be
made without contrast agents or
X-rays, may soon be used for preventative heart examinations, because it
has been possible to considerably
reduce the motion artifacts created
by respiration. This greatly shortens
the time needed for imaging. There
has been rapid development in the
visualization and analysis of the heart
using magnetic resonance imaging.
The IGD is focusing on flow imaging
and heart wall analysis in this project.
With functional brain imaging, timeresolved sequences of images showing
circulation changes in the brain (blood
oxygen level-dependent) are used to
calculate a so-called activation card
on the basis of changes in intensity
at the points XY. The Fraunhofer IGD
uses a stereotactic tracking system to
follow the movements of the head
with the greatest precision. Motion
artifacts are eliminated because the
coordinate system of the MRI scanner
is updated on the basis of the data
from the tracking system. Using this
technique, functional brain imaging
will soon be much more comfortable
for patients, will be considerably
more informative and, above all, will
save doctors time.
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Planung
Präoperative Planung
Projektbeispiele
Auch in der Operationsplanung kann
der Chirurg durch Techniken der
Virtuellen Realität und der medizinischen Bildverarbeitung unterstützt werden. Bevor der Eingriff an
einem realen Patienten durchgeführt
wird, ist der Chirurg in der Lage,
die einzelnen operativen Schritte an
einem virtuellen Patienten zu simulieren. Auf diese Weise ist es möglich, den sichersten und effektivsten
operativen Ansatz zu wählen. Dabei
können immer wieder neue Varianten des geplanten Eingriffs simuliert
werden, bis beispielsweise der optimale Zugang zu einem verletzten
Gefäß gefunden ist und möglichst
wenig gesunde Strukturen beschädigt werden. Neben der Reduktion
der Operationszeit wird auch eine
Verringerung der Komplikationsrate
angenommen. Die Operationsplanung kann auch dazu eingesetzt
werden, dass optimale Implantate
aufgrund der patientenspezifischen
Tomographiedaten ausgewählt und
platziert werden.
Knieendoprothetik
Die Anzahl der Eingriffe zum Einsatz
von künstlichen Kniegelenken ist
sprunghaft angestiegen, wobei auch
jüngere Patienten zunehmend endoprothetisch versorgt werden. Problematisch in diesem Zusammenhang ist
die begrenzte Standzeit der Prothesen. Im Falle einer Lockerung oder
eines Verschleißes der Endoprothesen
muss eine schwierigere Revisions- oder
Austauschoperation durchgeführt
werden. Entscheidend für den Erfolg
des operativen Eingriffes ist die exakte anatomische Platzierung der einzelnen Komponenten der Knieprothese. Eine präoperative Planung zur
Implantation von Knieprothesenkomponenten erlaubt eine präzisere Selektion und Positionierung der Komponenten. Hierbei ist man nicht mehr
wie bei bisherigen Methoden auf
zweidimensionale Projektionen
Planungssystem Wirbelsäulenchirurgie
Planning System Spine Surgery
Contact
12
Uli Bockholt
Phone:+49 (0) 6151/155-277
Dr. Wolfgang Müller-Wittig
CAMTech, Singapore
Phone:+65 (0) 6790/6988
URL: http://www.camtech.ntu.edu.sg
angewiesen, sondern kann beliebige
dreidimensionale Ansichten im patientenspezifischen Datensatz wählen,
wobei die großen individuellen
Schwankungen anatomischer Formen
berücksichtigt werden.
Computergestützte
Wirbelsäulenchirurgie
Im Rahmen eines Kooperationsprojektes verschiedener Fraunhofer-Institute
werden Verfahren für die computerunterstützte Chirurgie erforscht. Eine
exemplarische Anwendung wird für
die Wirbelsäulenchirurgie (Implantation von Pedikelschrauben) entwickelt.
Mit Hilfe der Planungssoftware wird
der chirurgische Eingriff auf Grundlage der Tomographiedaten des Patienten spezifiziert. Ziel soll eine höhere
Präzision und eine Verringerung der
Komplikationsrate sein.
The use of Virtual Reality and Medical
Imaging techniques can also support the surgeon in preoperative
planning. Before performing a surgical procedure on a real patient,
the surgeon is able to practice the
intervention on a virtual patient by
way of a simulation. In this manner,
the safest and most effective surgical approach may be selected requiring less time in the operating
room. Furthermore, a decrease in the
rate of complications is conceivable.
Preoperative Planning components
have been developed for spine
surgery as well as for total knee replacement. Based on the actual characteristics of the patient, the surgeon
selects the appropriate implant and
places it into the patient specific
model. The planning system delivers the necessary control data for
the intraoperative navigation
component.
Total Knee Replacement
Total knee replacement (TKR) is a
common orthopedic surgical intervention and one of the most successful of all surgical procedures. Total
knee replacement includes the removal
of bone sections from the end of the
femur and the top of the tibia for
replacement by prosthetic components. The success of this surgical
intervention relies heavily on the
selection of the best implants and
proper positioning of prosthetic components. The computer assisted system allows precise planning of the
single preoperative steps needed for
implanting artificial knee components. Using this preoperative planning system, the surgeon is able to
precisely determine mechanical axes
resulting in the selection of appropriate prosthetic components and optimal alignment in the patient specific
data set.
Computer-Aided Spine Surgery
In a co-operation project of several
Fraunhofer Institutes, the research
focus is on computer aided surgery.
An exemplary application has been
developed for computer assisted
spine surgery (Pedicle screw Implantation). On the basis of the patient's
tomography data, the surgical intervention is planned by specifying the
size and the positioning of the
implants. The computer assisted
surgery results in a higher precision
and a better surgical outcome.
Planning
Preoperative Planning
Planungssystem Knieendoprothethik
Planning System Total Knee Replacement
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Planung
Projektbeispiele
MITTUG (Minimal Invasive Therapy
for Tumors 3D-Ultrasound guided)
Die Brachytherapie ist eine Alternative
zur traditionellen Krebsbehandlung.
Ein neues System, das die Ärzte hierbei optimal unterstützt, wurde im
Rahmen des Projektes MITTUG entwickelt. Dieses zeigt dem Arzt dreidimensionale Ultraschall-Aufnahmen
des Eingriffbereiches, statt der üblichen Computertomografie Daten,
an. Eine einfache Handhabung
ermöglicht das präzise Einbringen
von Seeds sowie Kathetern. Mittels
eines neuen halbautomatischen Verfahrens lässt sich die Prostata segmentieren, so dass der Mediziner
qualitativ hochwertige 3D-Ultraschallaufnahmen erhält. Ein integriertes
Planungssystem berechnet aufgrund
dieser Daten und der gewünschten
Strahlendosis die minimale Anzahl
und die optimale Position der Seeds
oder Katheter. Außerdem kann der
Arzt diese Instrumente während des
Eingriffs exakt gemäß seiner Vorplanung setzen, denn ein neu entwickeltes Navigationssystem visualisiert deren
Position in Echtzeit. Ferner wurden
Möglichkeiten entwickelt, in das auf
Ultraschall basierte Modellierungssystem vorhandene CT Scans
einbinden zu können.
EXOMIO weist folgende Merkmale auf:
– High-end-Visualisierungstechniken
zur Simulation aller Funktionen
der realen Simulators
– Standard-Bildformate und -kommunikationsprotokolle (DICOM-3
und DICOM-RT)
– Verifikationstools: Portal Imaging,
Dosisverteilung
Das System wird seit 2.000 erfolgreich in über 60 Onkologie-Kliniken
international eingesetzt.
Patientenlagebestimmung
Ein wichtiger Bestandteil der radiotherapeutischen Behandlung ist die
Bestrahlungsplanung, bei der Regionen
im menschlichen Körper bestimmt
werden, die eine bestimmte Strahlendosis erhalten sollen. Für die akkurate
Umsetzung dieser Planung muss
jedoch zunächst die exakte Position
des Patienten bekannt sein. Dazu
werden heute meist Markierungen
auf der Haut im Zusammenspiel mit
Laserpointern eingesetzt, die manuell
in Übereinstimmung gebracht werden. Unser Ansatz basiert auf einem
3D-Scanner, der die Oberfläche des
Patienten flächenhaft erfasst. Die resultierende Punktwolke wird anschließend zur exakten Lagebestimmung
bezüglich eines bekannten Referenzdatensatzes verwendet. Neben der
hohen Genauigkeit ist die automatische
Berücksichtigung lokaler Verformungen
ein Kernpunkt des Verfahrens. Als Ausgabe wird ein Korrekturvektor geliefert,
der direkt zur Steuerung des Positioniertisches verwendet werden kann.
Exomio
Simulatoren sind medizinische Geräte,
die in der Onkologie eingesetzt werden, um eine externe Strahlenbehandlung zu planen. Für die Klinik ist die
Anschaffung eines solchen Gerätes
mit hohen Investitionen, Wartung,
Platzbedarf und Zeitaufwand verbunden. Virtuelle Simulatoren wie EXOMIO
sind Software-Systeme, die den Simulationsprozess unter Verwendung
eines CT Datensatzes durchführen.
Der Datensatz des Patienten ersetzt
damit den realen Patienten.
Contact
14
Dr. Georgios Sakas
Phone:+49 (0) 6151/155-153
Evelyn Firle
Phone:+49 (0) 6151/155-502
Konrad Klein
Phone:+49 (0) 6151/155-520
MITTUG (Minimal Invasive Therapy
for Tumors 3D-Ultrasound guided)
Brachytherapy radiation treatment is
an alternative to the traditional treatment for cancer. A new system supporting the physician carrying out
this treatment in an optimal way was
developed within the scope of the
MITTUG project. This dual usage
brachytherapy system employs seeds as
well as catheters using 3D-ultrasound
images rather than Computer Tomography scans. A new semi-automatic
tool enables the segmentation of the
Prostate providing the physician with
high-quality 3D-ultrasound images.
Based on this data and the desired
radiation dose an integrated planning
system calculates the minimal amount
and optimal position of the dwell
positions. Furthermore, the newly
developed navigation system provides the doctors with the possibility
of seeing the result of their action in
real time. It enables them to accurately position implants as defined by
the pre-planning. At last, the
Planning
Exemplary Projects
possibility is given to integrate CT
scans already available into the
modeling system.
Exomio
Simulators are medical devices used
in oncology to plan external beam
irradiations of tumors. For clinics, the
purchase of such a device means
high costs for personnel, space,
maintenance and time. Virtual Simulators like EXOMIO are software
systems, which are able to perform
the simulation process using a CT
dataset instead of a real patient.
Thus, the 3D-CT data replace the real
patient. EXOMIO has the following
innovative characteristics:
– High-end visualization simulates
all functions of a real simulator
– Standardizes image and communication (DICOM-3 and DICOM-RT)
– Verification tools: portal imaging,
dosis distribution
Since the year 2000, the system has
been successfully installed in over 60
clinics world-wide.
Differenzbild vermessener Oberflächen
nach Registrierung
Difference image of measured surfaces
after registration
Patient Positioning System
State-of-the-art methods of radiotherapy incorporate an exact planning of
the regions in the human body, which
shall (or must not, respectively)
receive a certain dose of radiation.
However, spatially accurate dose
delivery requires an exact positioning
of the patient. Currently, a set of
markers on the patient’s skin is used
in conjunction with laser pointing
devices in order to manually reproduce
the desired position. Our approach
employs a 3d scanning device to areally measure a large number of points
on the patient’s skin. The resulting
point cloud is then used to find the
exact positioning error in reference
to a known reference scan. Besides s
developed method is the automatic
consideration of local deformations
in the patient’s shape. The output is
a correction vector, which can be
used to drive a positioning table.
15
Navigation
Intraoperative
Unterstützung
Der Chirurg kann nicht nur während
der Operationsplanung unterstützt
werden, sondern auch intraoperative
Hilfe bei Navigation und Orientierung bekommen. Wesentlich ist es,
das Blickfeld des Operateurs über
den Operations Situs durch eine
optimale Synthese realer und computergenerierter Daten und unter
Einbeziehung verschiedener menschlicher Sinne (visuell, akustisch,
haptisch) zu verbessern. In dieser
»Augmented Reality« ist der Chirurg in der Lage, seine Eingriffe mit
einer höheren Präzision auszuführen.
Die Positionen der chirurgischen
Instrumente können intraoperativ
registriert und zusammen mit den
tiefergelegenen, verborgenen anatomischen Strukturen eingeblendet
werden. Auf diese Weise können
Instrumentensysteme bei kleinstmöglicher Gewebetraumatisation
zum Operationsziel geführt werden.
Projektbeispiele
MEDARPA – Medizinische Erweiterte Realität für den Patienten
Das für die Unterstützung minimalinvasiver Eingriffe ausgelegte Projekt
MEDARPA präsentiert ein für die Verwendung in der Medizin speziell entworfenes, neuartiges AR-System. Die
Hauptkomponente des Systems ist ein
innerhalb des Projekts entwickeltes
transparentes Display. Zusammen mit
einem hybriden Trackingsystem ermöglicht es die Überlagerung von präoperativ aufgenommenen Bilddaten
und aktueller Instrumentenposition
mit der realen Sicht auf den Patienten. Existierende AR-Lösungen, die
beispielsweise Head-Mounted Displays verwenden, werden von Ärzten
während der Eingriffe oft als störend
empfunden, da der Chirurg eine spezielle Brille mit angebrachten Kameras
tragen muss und damit über ein
Kabel mit dem System verbunden ist.
Im Gegensatz dazu ist das entwickelte
AR-Display frei beweglich, so dass es
über das Operationsgebiet geschwenkt
werden kann, wenn es verwendet
werden soll, und leicht wieder aus
diesem Bereich entfernt werden kann,
wenn es nicht mehr benötigt wird.
Allgemein könnte das System als
»magisches Fenster«, das einen
»Röntgen-Blick« in den Körper des
Patienten erlaubt, beschrieben werden.
Vom technologischen Standpunkt aus
lässt sich das MEDARPA-System durch
folgende Punkte charakterisieren:
– Ein im Projekt erweitertes und
adpatiertes optisches Trackingsystem (EOS, ZGDV) wird für die
Bestimmung der Posen von Arzt
und Display verwendet.
– Ein magnetisches Trackingsystem
(pciBird, Ascension) liefert die
Posen der Instrumente.
– Ein auf dem magnetischen und
optischen Tracking aufbauendes
hybrides System gleicht die Einschränkungen einer rein magnetischen Trackinglösung für Instrumente aus.
Contact
16
Michael Schnaider
ZGDV Darmstadt, Germany
Phone:+49 (0) 6151/155-677
URL: http://www.zgdv.de/zgdv/
departments/z2
Stefan Wesarg
Phone:+49 (0) 6151/155-511
– Mit dem System wird auf multimodale Weise interagiert (Sound, Fußpedal, visuelle Rückmeldung etc.).
– Ein Visualisierungsmodul, basierend
auf OpenSG, wird für die Visualisierung beliebiger medizinischer
Daten (CT, MRI etc.) und zusätzlicher Informationen verwendet.
Für die klinische Evaluation des
Systems wurden drei medizinische
Szenarien ausgewählt:
– Brachytherapie: Behandlung von
Tumoren mit Hilfe radioaktiver
Quellen, Kardiologie: Unterstützung minimalinvasiver Eingriffe,
die mit dem daVinci-Telemanipulator ausgeführt werden,
– Endoskopie: Navigation in der
Bronchoskopie.
Das MEDARPA-System, entwickelt vom
ZGDV und dem Fraunhofer IGD
zusammen mit den Mitgliedern des
MEDARPA-Konsortiums, wurde speziell
für den täglichen Einsatz in der klinischen Routine entworfen. Sein Design
ermöglicht eine einfache Handhabung
in sterilen Umgebungen, optimale
Ergonomie und Nutzung durch den
Chirurgen. Das System wurde zum
Zweck der klinischen Evaluation bereits
in mehreren Krankenhäusern installiert.
During surgery the surgeon’s abilities
can be enhanced by fusing computer-generated data with real
objects. The precision of the surgical
intervention may be augmented by
synthetic data superimposed on
the real patient giving the surgeon
the feeling of having X-ray vision.
Deeply embedded anatomic structures are visible, e.g., a tumor can
be approached and extracted in
the safest possible manner. In this
»augmented or enhanced reality«
surgery can be performed with
greater skill. The position of surgical instruments can be monitored
and displayed to the surgeon intraoperatively via monitors in the
operating room.
Exemplary Projects
MEDARPA – Medical Augmented
Reality for the Patient
Aiming for the support of minimalinvasive interventions, the MEDARPA
project introduces a new AR system
designed for medical use. The core
Navigation
Intraoperative Support
component of the system is a transparent display, which has been developed within the project. In combination with a hybrid tracking system, it
allows for the superposition of preoperatively acquired image data and
the current instrument position with
the real view on the patient.
Existing AR solutions like head-mounted displays are often sensed to be
disturbing during interventions since
the surgeon has to wear special
glasses with mounted cameras and
he is therefore attached to the system
via cables. However, the developed
AR display is freely moveable so that
it can be placed above the operation
area when it is used and moved
away when not needed. In general
terms, the system can be characterized as a »magic window« allowing
a look into the patient.
From the technological point of view
the following points characterize the
MEDARPA system:
– An optical tracking system (EOS,
ZGDV) has been adapted and
extended within the project for
the acquisition of the poses of the
physician and the display.
– A magnetic tracking system (pciBird, Ascension) allows for the
determination of the instruments’poses.
– A hybrid tracking system is build
upon the optical and the magnetic tracking system to overcome
the limitations of purely magnetic
tracking.
– The interaction with the system is
done in a multi-modal way (sound,
foot pedal, visual feedback etc.).
– The visualization module is based
on OpenSG. It is used to visualize
any kind of medical data (CT, MRI
etc.) with additional augmentations.
For the clinical evaluation of the
system three medical scenarios have
been chosen:
– Brachytherapy: treating tumors by
means of radioactive sources,
– Cardiology: assisting minimalinvasive interventions performed
with the daVinci telemanipulator,
– Endoscopy: navigation in bronchoscopy.
The MEDARPA system developed by
the ZGDV and the Fraunhofer IGD
together with the other members of
the MEDARPA consortium has been
designed for every-day clinical routine.
Its design enables easy handling in
sterile environments, optimal ergonomics and touch-free tracking especially
of surgeons. The system has already
been installed in hospitals for the
purpose of clinical evaluation.
17
Navigation
Projektbeispiele
Intraoperative Radiotherapie
Intra-Operative Radiotherapie ist eine
Art der Strahlenbehandlung, die
nach der chirurgischen Entfernung
eines Tumors am offenen Situs
angewendet wird, mit dem Ziel,
Überbleibsel des Tumors zu bestrahlen.
Zur genauen Positionierung eines
dafür nötigen Flabs, durch den
während der Bestrahlung eine Iridium-Strahlenquelle gezogen wird,
und zur Dokumentation der verabreichten Iso-Dosis wird hier ein
Computer mit angeschlossenem
Tracking Systems eingesetzt.
Navigationsunterstützung in der
Brachytherapie
Die Brachytherapie ist eine KurzzeitStrahlentherapie, bei der Tumorgewebe mit einer hohen Strahlendosis
bestrahlt wird. Diese Strahlentherapie
wird u. a. mit Hochenergie Strahlenquellen in Hohlnadeln, die in den
Körper des Patienten eingestochen
werden, durchgeführt. Die hier vorgestellte Anwendung InViVo-Brachy
ermöglicht mit Hilfe eines Tracking
Systems die verbesserte Plazierung
der Nadeln durch interaktive Navigation in CT Daten der Tumorregion
des Patienten.
Intraoperative Operationsunterstützung mittels Augmented
Reality (AR)
Im Rahmen des Fraunhofer Verbundprojektes »RoMed« (Roboter und
Manipulatoren für medizinische Einsatzfelder) werden Techniken aus dem
Bereich Augmented Reality (AR) zur
intraoperativen Unterstützung des
Chirurgen exemplarisch im Bereich
der Wirbelsäule eingesetzt. Ziel ist es,
dem Chirurgen eine Visualisierung
der Trajektorie der Instrumente innerhalb der anatomischen Strukturen
kontinuierlich zur Verfügung zu stellen.
Contact
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Dr. Georgios Sakas
Phone:+49 (0) 6151/155-153
Dipl.-Ing. Eduardo Carrasco
VICOMTech, Donostia-San Sebastián, Spain
Phone:+34 943 30 92 30
URL: http://www.vicomtech.es/
TRAC-Projekt
Als Ziel dieses Projektes soll es dem
Chirurgen ermöglicht werden, am
Operationstisch und vor Beginn der
Operation gleichzeitig den Körper des
Patienten und dessen wichtigsten inneren Organe zu visualisieren. Zu
diesem Zweck wird ein spezieller 3DFlachbildschirm verwendet werden,
damit der Arzt kein besonderes Gerät
tragen muss, um darauf dreidimensional zu sehen. Auf diese Weise kann
der Chirurg die Operation bequem im
Operationssaal planen. Diese erweiterte Ansicht wird das Resultat einer
Mischung aus verschiedenen Eingaben sein. Zunächst werden die wichtigsten inneren Organe des Patienten
von vorher erstellten MRI-Bildern in
Segmente geteilt. Aus diesen Segmenten werden virtuelle Organe erzeugt.
Dann wird ein Live-3D-Video des
Körpers des Patienten auf dem Operationstisch aufgenommen. Schließlich wird mit Hilfe eines optischen
Tracking-Systems ein korrekter Abgleich
zwischen der Position des Patienten
und den virtuellen Organen erreicht.
Navigation
Exemplary Projects
Intraoperative Radiotherapy
Intra-operative radiotherapy is kind
of a brachytherapy where the remains
of a surgically not completely removed
tumor are irradiated at the open situ
of the patient. The main drawback
of this treatment is the insufficient
documentation of the applied radiation and the lack of a possibility for
an individual treatment planning. This
system offers a possibility for interactive supervision of the placement of
the irradiation flabs, the creation of a
documentation of the applied iso-dose
as well as the possibility for an individual intra-operative radiotherapy
planning.
Navigation for Brachytherapy
Cancer Treatment
Brachytherapy is a radio therapy
treatment that is applied with the
objective of irradiation of a tumor
with a high iso-dose. This type of
radiotherapy can be performed with
interstitial metallic pipe-needles that
are placed into the tumour inside the
body of the patient.
Rekonstruierte 3D-Leber über 2D-MRI
(Kernspintomografie)-Abbildung
3D reconstructed liver over original
2D MRI image
Rekonstruktion der erwarteten
endgültigen erweiterten 3D-Ansicht
Reconstruction of 3D augmented view
showing patient’s body and virtual liver
The InViVo-Brachy application enables
the physician to place the needle by
an interactive navigation in a CT data
set of the patient in one single step
with the help of a tracking system
attached to the needle.
give the surgeon intraoperative support. Main goal is the continuous
visualization of the instrument movments within the anatomical structures.
Intraoperative Support via
Augmented Reality (AR)
In a joint project of several Fraunhofer
Institutes »RoMed« (Robots and Manipulators for Medical Applications)
Augmented Reality techniques are
used in the area of spine surgery to
TRAC project
The aim of this project is to enable
the surgeon to visualize, next to the
operation table and before starting
the operation, the patient’s body and
his main internal organs at the same
time. For this task, a special 3D-flat
monitor will be used, which does not
require the doctor to wear anything
special to see in three dimensions on
it. In this way, the surgeon is free to
plan the operation comfortably at the
very operating theatre. This augmented
view will be the result of mixing
different kinds of inputs. First, the
patient’s main internal organs will be
segmented from previously acquired
MRI images. From this segmentation
virtual organs will be generated.
Then, 3D-live video will be recorded
from patient’s body at the operating
table. Finally, with the help of an
optical tracking system, correct alignment between the patient’s position
and the virtual organs will be achieved.
19
Navigation
Projektbeispiele
EOS – Optisches Tracking im
Medizinbereich
In zahlreichen medizinischen Bereichen,
wie der medizinischen Bildverarbeitung,
der Operationsplanung und -durchführung oder der 3D-Rekonstruktion
aus Ultraschallbildern, werden bereits
Trackingsysteme eingesetzt. Sie ermöglichen die Positions- und häufig
auch Orientierungsbestimmung von
Objekten und Personen. Typische Anwendungen für Tracking-Technologien sind etwa die computerunterstützte
Navigation in virtuellen Patientenmodellen (z. B. bei Trainings- oder
Planungssystemen) oder in aktuellen
Forschungsarbeiten die Überlagerung
eines Patienten mit Zusatzinformationen durch ein transparentes Display
oder eine spezielle Datenbrille. Solche
Anwendungen aus den Bereichen
Virtual Reality (VR) und insbesondere
Augmented Reality (AR) benötigen
allerdings ein Trackingsystem, welches
sehr genau Position und Orientierung
eines Instruments oder eines Betrachters bestimmen kann.
Gegenüber Tracking-Technologien wie
dem häufig verwendeten elektromagnetischen Tracking besitzen optische Trackingverfahren durch ihre
Unabhängigkeit von magnetischen
Störfeldern sowie dem Verzicht auf
Kabel gebundene Sensoren gerade
im medizinischen Umfeld
bedeutende Vorteile.
Das ZGDV hat im Laufe der letzten
Jahre mit dem optischen Trackingsystem EOS eine preisgünstige und
einfach zu installierende Trackinglösung entwickelt, die sich ideal im
medizinischen Umfeld einsetzen
lässt. Dabei überwachen zwei mit
Infrarotfiltern ausgestattete Kameras
den gewünschten Interventionsbereich.
Mit Hilfe von aktiven oder wahlweise
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passiven Markern ist die millimetergenaue räumliche Verfolgung (6 Freiheitsgrade) mehrerer Objekte gleichzeitig möglich. Aktive Marker sind
Infrarotdioden mit einem großen Abstrahlwinkel. Sie lassen sich kaum
merklich z. B. in zu verfolgenden
Operationsinstrumente integrieren.
Passive Marker sind retro-reflektierende
Kugel, die außen an die zu verfolgenden Instrumente angebracht werden. Sie benötigen im Gegensatz zu
aktiven Markern keine Stromversorgung, erfordern jedoch die Ausleuchtung der Szene mit infrarotem Licht.
EOS kann durch die weitgehend freie
Positionierung der Kameras ideal an
die Randbedingungen einer Anwendung angepasst werden und bietet
damit im Gegensatz zu einigen
kommerziell erhältlichen Systemen
ein hohes Maß an Flexibilität. Die für
das System notwendige Software
lässt sich einfach auf Standard PCs
installieren und in bestehende Applikationen integrieren. Durch einen
integrierten Lernalgorithmus können
neue, auch sehr komplexe Objekte
mit einer großen Anzahl von
Markern einfach und ohne umständliche Vermessungen in das EOS System
eingebunden und genutzt werden.
EOS wird aktuell im Projekt MEDARPA
als Teil eines hybriden Trackingsystems
eingesetzt. Für die Aufgabe einer
Überlagerung von vorab gewonnenen
Volumendaten vom Patienteninnern
mit dem Patienten, übernimmt EOS
das gleichzeitige Tracking von transparentem Display und Arzt. Im Projekt
MRI-MARCB, bei dem unter anderem
die Korrektur von durch Bewegung
erzeugten Artefakten in MRI Datensätzen verbessert werden soll, wird
EOS im Augenblick als Tracking Komponente getestet.
Navigation
Exemplary Projects
EOS – Optical Tracking for
medical applications
Tracking systems are already in use in
various medical domains such as
medical imaging, surgical planning
and intervention, or 3D-reconstruction
of Ultrasound images. They allow
determining position and often also
orientation of objects and persons.
Typical applications of tracking technologies are computer-aided navigation in virtual models of patients (for
example training or planning systems) or in more recent research the
overlay of patients with additional
information using a transparent display or special data glasses. Such
applications, belonging to the domain
of Virtual and especially Augmented
Reality, require highly accurate determination of position and orientation
of instruments or users.
In contrast to tracking technologies
such as commonly used electromagnetic tracking, optical tracking systems
have significant advantages especially
for medical environments, as they
are neither influenced by magnetic
interferences nor do they require
wired sensors.
Over the past years, ZGDV has developed an inexpensive and easy-toinstall tracking solution, the optical
tracking system EOS, which is ideal
for the use in the medical environment. Two cameras equipped with
infrared filters observe the interaction
volume. By means of active or passive
markers, spatial tracking (6 DOF) of
several objects is possible simultaneously with accuracy of a millimeter. Typically, active markers are
infrared diodes with a large angle of
reflected beam, which can be seamlessly integrated into, for example,
surgical instruments. Passive markers
are retro reflective spheres to be
attached to the instruments to be
tracked. In contrast to active markers,
they do not need power supply, but
additional infrared beamers next to
the cameras.
Because of the nearly unrestricted
positioning options of the cameras,
EOS can be perfectly adapted to the
specific requirements of applications,
and in contrast to most commercially
available systems, it offers a high
degree of flexibility. The tracking software runs on standard PC hardware
and integrates easily into existing
software. Furthermore, specialized
learning algorithms allow seamless
integration of new, even quite complex tracking models without cumbersome measuring.
EOS is currently used as part of a
hybrid tracking system in the
MEDARPA project. For the task of
overlaying pre-gained volume data of
patient’s inside on a real patient, EOS
is responsible for tracking the transparent display and the physician
simultaneously. In the project MRIMARCB, dealing among others with
the correction of artifacts in MRI data
caused by movements, EOS is currently
tested as tracking component.
21
Navigation
Projektbeispiele
NaVisMed – Echtzeit-Navigation
und Visualisierung für minimalinvasive Interventionen
Bildgebendene Verfahren wie
Computer-Tomographie (CT) und
Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT)
sind im medizinischen Alltag weitgehend akzeptierte und vielseitig angewandte Datenquellen für hochauflösende räumliche Bilder von der
Anatomie des Patienten. Die Nutzung
der Daten beschränkt sich im klinischen Alltag immer noch weitgehend
auf die Betrachtung der zweidimensionalen Schichtbilder. Eine erweiterte
Nutzung der Bilddaten wird jedoch
dann möglich, wenn auf den gesamten räumlichen Datensatz zugegriffen
werden kann. Mit NaVisMed ist aufbauend auf aktuellen Verfahren und
Technologien eine Lösung geschaffen
worden, die ein Echtzeit-Volumenrendering, d. h. die räumliche Darstellung des gesamten Bilddatensatzes
aus beliebigen Blickwinkeln in Echtzeit, auf der Basis von Standard-PC
Hardware realisiert. Zusätzlich bleiben
durch die adaptive Steuerung der
Transparenz der Volumendarstellung
die relevanten anatomischen Strukturen im Inneren des Datensatzes sichtbar. Parallel erlaubt NaVisMed auch
die Anordnung beliebiger Schnittebenen durch das Datenvolumen und
ermöglicht so eine detaillierte Betrachtung. Für die Unterstützung von
Navigation im medizinischen Bereich
ist jedoch nicht nur die Darstellung
notwendig, sondern auch die Erfassung der Position und Orientierung
des zu navigierenden medizinischen
Instruments. Hier erlauben optische
und elektromagnetische Trackingsysteme eine millimetergenaue Bestimmung der Position und Bestimmung
der Orientierung.
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NaVisMed kombiniert die Visualisierungs- und Tracking-Technologie und
stellt damit die Technologie zur
Realisierung eines Navigationssystems
für die Unterstützung von minimalinvasiven Eingriffen zur Verfügung.
Anhand der gleichzeitigen dynamischen Visualisierung des getrackten
Instrumentes und der räumlichen
Bilddaten kann das Instrument unter
visueller Kontrolle durch das Datenvolumen navigiert werden. Zielregionen für den Eingriff können vor dem
medizinischen Eingriff anhand der
zuvor gewonnenen Bilddaten definiert werden und in der dynamischen
Visualisierung hervorgehoben werden
(im Bild rechts unten als rote Kugeln
visualisiert). Die virtuelle Nachbildung
des getrackten Instrumentes erzeugt
eine optische Rückkopplung für den
Benutzer. Die Navigation kann dabei
zusätzlich durch weitere Hilfsmittel
wie frei bewegliche Schnittebenen
durch das Volumen, virtuelle Verlängerungen des Instruments, akustische
und optische Signale unterstützt
werden. So erlaubt etwa eine an der
Spitze des Instruments aufgehängte
Schnittebene den intuitiven Zugang
zu den CT-Bilddaten und erlaubt so
einen detaillierten Einblick in das
betrachtete Operationsfeld.
NaVisMed bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten für die Realisierung
von Systemen mit Navigationsunterstützung, etwa für das Training, für
die Operationsplanung oder auch für
den intraoperativen Einsatz bei minimal-invasiven Eingriffen. Mit aktuell
in Untersuchung befindlichen Erweiterungen von NaVisMed in Richtung
der Darstellung von vierdimensionalen Bilddatensätzen etwa von CTKoronarangiographien soll die Einsatzmöglichkeit insbesondere für
den intraoperativen Einsatz noch
verbessert werden.
NaVisMed – Real-Time Navigation
and Visualization for MinimalInvasive Interventions
Imaging modalities like CT and MRT
are sources, which are commonly
accepted and used for high-resolution medical images of anatomic
structures inside the patient’s body.
However, their use in clinical routine
is often restricted to only viewing
two-dimensional slices. In contrast,
visualizing the whole data set as a
volume offers an extended use of
such image data for various purposes. With NaVisMed, the ZGDV has
created a solution for the dynamic
presentation of complex volume data
sets in real-time for standard PC
hardware. It also features an adaptive control of the volume’s transparency to allow the observation of
the anatomical structures within the
volumetric visualization. In parallel,
NaVisMed supports common features like the definition of arbitrary
cutting-planes through the volume
for detailed observation of selected
regions.
To enable real navigation support for
medical applications, not only excellent
visualization features are needed, but
it is also necessary to determine the
position and the orientation of medical instruments, tracking systems,
either electro-magnetic or optical
systems, are typically used in order to
determine the exact position and
orientation.
With NaVisMed, both real-time
visualization and tracking have been
combined to build the basis for the
realization of medical navigation support systems, especially for minimalinvasive interventions. By dynamically
visualizing both, the tracked instrument and the pre-acquired volume
data, the performance of the navigation task can be controlled visually at
any time. Moreover, target regions
for the intervention can be preoperatively defined on the basis of the
image data. The navigation can then
be guided by optical and acoustical
signals, or with the help of further
tools such as virtual elongation of
the instrument or cutting planes
attached to it.
Navigation
Exemplary Projects
NaVisMed offers a number of possibilities for the creation of navigation
support systems, for example for
surgery training purposes, for operation planning, or for minimal-invasive
surgery. The possibilities to enhance
visualization techniques to allow realtime visualization of medical 4d-data
sets such as CT-angiographic images
are currently being investigated.
Navigation in einem anthropomorphen Phantom mit Tumornachbildung. Als Navigationshilfe wird das Instrument eingefärbt; eine
rote Färbung des Instrumentes signalisiert eine falsche Stichrichtung, gelb signalisiert eine korrekte Richtung und grün signalisiert das
Erreichen der Zielregion
Navigation example within an anthropomorphic phantom with a tumor analogue. Guidance is given by instrument colorization: red
indicated wrong direction, yellow correct direction and green color indicated that the target area has been reached
23
Training
Chirurgisches Training
Projektbeispiele
Unzufriedenheit mit den traditionellen Trainingsmethoden (z. B. »Learning-by-doing«, Plastikmodelle) in
der minimal invasiven Chirurgie
führte zur Entwicklung von medizinischer Trainingssimulatoren, die
Computergraphik und Techniken
der Virtuellen Realität (VR) einsetzen.
Basierend auf 2D-Bilddatensätzen
kann mit Hilfe von Bildverarbeitungsmethoden und Visualisierungstechniken ein realistisches 3D-Modell
eines Situs mit allen diagnostisch
relevanten anatomischen Strukturen
generiert und in den Simulator
integriert werden. Die VR-BenutzerSchnittstelle des Trainingssimulators
besteht aus zwei Hauptkomponenten, der 3D-Interaktion, die das
Führen der Instrumente realisiert,
und der 2D-Benutzungsoberfläche,
die das visuelle Feedback und die
Kontrolle der Trainingssitzung ermöglicht. Auf diese Weise ist ein
intuitives Handling der Instrumente
garantiert, und der Chirurg ist in
der Lage, eine endoskopische
Untersuchung ohne Patientenkontakt
am virtuellen Situs durchzuführen.
Der Arthroskopie Trainingssimulator (VRATS)
Während die traditionelle Chirurgie
die Führung der Instrumente durch
direkte visuelle Kontrolle erlaubt
(eine Achse Auge-Hand-InstrumentPatient), erfordern endoskopische
Techniken die Koordination der
beiden Achsen Auge-Monitor und
Hand-Instrument-Patient. 1993
wurde in enger Zusammenarbeit mit
der BG Unfallklinik in Frankfurt der
VR-Arthroskopietrainingssimulator
(VRATS) entwickelt. Der regelmäßige
Einsatz des rechnergestützten Trainingssystems auf Arthroskopie-Workshops hat gezeigt, dass der Trainingssimulator aufgrund der schnellen
und genauen Erfassung der Instrumentbewegungen gut geeignet ist,
die 2-Achsen Koordination während
der Arthroskopie am virtuellen
Kniegelenk zu trainieren.
Der Rhinoskopie
Trainingssimulator
In Kooperation mit der Universitätsklinik Mainz wird der Rhinoskopie
Trainingssimulator entwickelt. Dabei
ist auf Basis von Computertomogrammen ein dreidimensionales Modell
VR Arthroscopy Training
Simulator (VRATS)
VR Arthroscopy Training
Simulator (VRATS)
Contact
24
Uli Bockholt
Phone:+49 (0) 6151/155-277
CAMTech, Singapore
Phone:+65 (0) 6790/6988
des Nasennebenhöhlensystems halbautomatisch rekonstruiert worden.
Darüber hinaus sind Texturen, die
aus Endoskopien gewonnen wurden,
auf die Oberfläche der virtuellen anatomischen Strukturen projiziert worden, um den realistischen Eindruck
zu erhöhen. Einen weiteren Entwicklungsschwerpunkt stellt die Simulation von Gewebedeformierungen bei
der Manipulation durch chirurgische
Instrumente dar.
Der LAparoskopie/HYSTerOskopie-TRAINingssimulator
(LAHYSTOTRAIN)
Im Rahmen des EU-Projektes
»LAHYSTOTRAIN« wird unter Verwendung von Virtual Reality, Multimedia und Intelligenten Tutoring
Systemen ein Trainingssimulator für
laparoskopische und hysteroskopische Eingriffe entwickelt. Dabei werden mit Hilfe der Web-basierten Komponente die theoretischen Grundlagen gelegt sowie wird mit dem VRSimulationssystem das praktische
Training realisiert. Zusätzlich wird in
das Trainingsystem ein Kraftrückkopplungssystem integriert, um eine
haptische Wahrnehmung der anatomischen Strukturen über die Instrumente zu gewährleisten. Das intelligente Tutorsystem begleitet in Form
eines »chirurgischen Experten« den
Trainierenden durch die verschiedenen Stufen des medizinischen
Ausbildungsprozesses.
Highly interactive medical training
systems for minimally invasive surgery based on computer graphics
and virtual reality techniques (VR)
offer an alternative to conventional
training methods (e. g., »learningby-doing«, plastic models). To
provide the virtual environment, a
realistic 3D representation of the
anatomic situs is derived from 2D
medical image data using imaging
algorithms and visualization techniques. The VR interface of the training simulators consists of two main
components: the 3D interaction to
guide the surgical instruments and
the 2D user interface for visual feedback and control of the training
session. Thus, an intutive handling
of the instruments is guaranteed
and the surgeon is able to perform
endoscopic techniques on the virtual situs before facing a real patient.
Exemplary Projects
The Virtual Reality Arthroscopy
Training Simulator (VRATS)
Whereas traditional surgery allows
for the guidance of instruments
through direct visual control (one
axis, eye to hand and instrument to
patient), endoscopic techniques
require the coordination of two axes
(eye to monitor and hand, instrument to patient). The Virtual Reality
Arthroscopy Training Simulator
(VRATS) was developed in close cooperation with the BG Unfallklinik
Frankfurt in 1993. The regular use of
the computer-assisted training
system at arthroscopy workshops
showed that the system was well
suited for training in two-axes
coordination. The tracking system is
very sensitive to movement and thus
Training
Surgical Training
it provides good training in guidance
of the surgical instruments during a
knee arthroscopy.
The Nasal Endoscopy
Simulator (NES)
The Nasal Endoscopy Simulator (NES)
is developed in co-operation with the
University Hospital in Mainz. Based
on CT data, a 3D-representation of
the nasal cavity and the paranasal
sinus area is semiautomatically reconstructed. Textures derived from
endoscopic images are superimposed
on the virtual anatomic structures to
provide better realism. One of the
main development tasks is the simulation of realistic object deformations
as response to manipulations by the
instruments.
Gynäkologisches Trainingsystem
Gynecological Training System
integrated into the training system;
the trainee is therefore able to feel
the give and resistance of the anatomical structures via instruments. The
intelligent tutor system guides the
trainee as »surgical expert« during the
various levels of the medical curriculum.
LAparoscopy/HYSTerOscopy TRAINing Simulator (LAHYSTOTRAIN)
The goal of the European project
»LAHYSTOTRAIN« is to develop an
advanced training system using Virtual
Reality, multimedia and Intelligent
Tutoring Systems (ITS). The WWW
component provides the learning
environment for knowledge acquisition, and the VR simulation system is
suitable for skill training. In addition,
a force feedback device will be
Nasal Endoscopy
Simulator (NES)
Nasal Endoscopy
Simulator (NES)
25
Telemedizin
Die Erstellung einer medizinischen
Diagnose erfordert umfangreiches
fachliches Wissen sowie häufig
auch praktische Erfahrungen des
Arztes. Zur Diagnose werden sowohl
die gegenwärtigen Symptome des
Patienten betrachtet und bewertet
als auch häufig frühere Krankheiten mit einbezogen. Durch die vielfältigen Verbindungen zwischen
Symptomen und möglichen Diagnosen muss der Arzt häufig komplexe Entscheidungen treffen, um
eine zielgerichtete Untersuchung
und Behandlung, unter Berücksichtigung von Qualitäts- Zeit- und
Kostenaspekten, auszuwählen. Dieser Umstand erfordert insbesondere
bei seltenen Krankheitsbildern eine
hohe Verantwortung des Arztes.
Für die im Einzelfall festgestellten
Symptome müssen mitunter eine
Vielzahl von Diagnosen in Betracht
gezogen werden. Andererseits können Diagnosen aber auch gerade
durch das Fehlen von bestimmten
Symptomen (Sperrsymptome) ausgeschlossen werden. Trotz der komplexen Entscheidungsfindung wird
eine Diagnose in den meisten Fällen
von einer einzelnen Person erstellt.
Die im INI-GraphicsNet entwickelten
Lösungen bieten dem Mediziner
einen einfachen Mechanismus zur
Einbeziehung eines Kollegenurteils
bzw. ein kontinuierlich aktualisiertes
Informationsinstrument zur Diagnoseunterstützung.
Projektbeispiele
MAVIN
Das in enger Kooperation mit der
T-Systems entwickelte MAVIN ist ein
mehrpunktfähiges Telekonferenzsystem für die Medizin – mit besonderem Fokus auf den Einsatz in der
Kardiologie. Ein wesentliches Merkmal des PC-basierten Systems ist die
Unterstützung schmalbandiger Netzverbindungen trotz großvolumiger
Bilddaten. Damit kann MAVIN insbesondere auch für die Kommunikation
zwischen Klinikum und niedergelassenen Ärzten verbessern.
Das System bietet alle notwendigen
Funktionen zur Planung von Konferenzen unter Zuordnung des notwendigen Bildmaterials aus der digitalen
Patientenakte, für die sichere Verteilung der Daten zu den beteiligten
Arbeitsstationen und zur Durchführung
der Konferenz. Während der Konferenz sind die Teilnehmer über eine
automatisch einberufene Telefonkonferenz verbunden und können parallel die Darstellung der medizinischen
Bilddaten (DICOM) in ihren Viewern
synchronisieren. Ergänzend stehen hier
Telepointer und einfache Mechanismen zur Übergabe des Aktionsrechts
zur Verfügung. Neben Einzelbildern
lassen sich mit MAVIN insbesondere
auch Filmsequenzen (Cinemode) in
Echtzeit kooperativ betrachten.
Contact
26
Dr. Uwe v. Lukas
ZGDV Rostock, Germany
Phone:+49 (0) 381/4024-164
URL: http://www.rostock.zgdv.de/ZGDV/
Abteilungen/zr1/Projekte/MAVIN
Dipl.-Ing. Eduardo Carrasco
VICOMTech, Donostia-San Sebastián, Spain
Phone:+34 943 30 92 30
URL: http://www.vicomtech.es
VITAL project
Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines tragbaren Systems für
ECG-Daten-Fernerfassung und Echtzeitübertragung an entsprechende
Kliniken. Dabei werden die neuesten
Weiterentwicklungen kommender
ISO/IEEE 11073-Standards für Kommunikation über Wechselsprechanlangen im medizinischen Bereich
verwendet.
Das tragbare System wird aus drei
Teilen bestehen: einem tragbaren
ECG-Datenerfassungsgerät, einem
PDA und einem Mobiltelefon. In der
Klinik wird es dem Arzt duch einen
gewöhnlichen PC ermöglicht, die
ECG-Signale in Echtzeit zu lesen.
Die ISO/IEEE 11073-Standards befinden
sich momentan in der letzten Phase
der Genehmigung und werden bald
die europäischen experimentellen
ENV 13734- und 13735-Standards
für den Austausch entscheidender
Signale zwischen medizinischen
Geräten ersetzen. Es wird erwartet,
dass ISO/IEEE 11073-Standards zur
allgemein genutzten internationalen
Sprache zukünftiger Systeme für
medizinische Geräte werden.
Telemedicine
There is an increasing demand for
medical expertise that is available
anywhere and anytime, and given
recent developments in medical
imaging, computer technology, and
telecommunications, for the first
time in human history, it is also
achievable. Areas that are remote,
difficult to access, or poorly served
can benefit enormously from these
new developments. Doctors, as a
rule, do not make decisions in a
vacuum. They absorbed information
from many sources including the
patient, patient records, and other
medical personnel. Furthermore,
continued medical progress requires
ongoing skill maintenance with
educational implications. Continual
access to such a variety of resources
can be extremely costly and time
consuming. Our telemedical technologies promise to place people,
databases, and other information
technologies in easy, cost-effective
reach. They will undoubtedly become
a ubiquitous and transparent part
of everyday medical practice, supporting a range of activities from
diagnosis and treatment planning
to outcomes analysis and research.
Exemplary Projects
MAVIN
MAVIN is a multipoint conferencing
system for medical applications – with
a focus on cardiology. The PC-based
system was developed in close cooperation with T-Systems. It is not
only designed for campus networks
of large hospitals, but it also supports the communication between
the hospital and the doctor’s office,
where we only find low or medium
speed networks. The MAVIN system
offers all functionalities to schedule
conferences, import DICOM images
from the digital patient record, securely
distribute the data to all viewing stations and to perform the conference
with two or more remote partners.
To support oral communication
amongst the participants, they are
connected via an automatically
launched telephone conference. In
conferencing mode, MAVIN synchronizes the presentation of single images
and image sequences (cinemode).
The typical viewing functionality,
including zooming and windowing,
is completed by specific
collaboration support such as tele
pointers and a convenient floor
taking mechanism.
VITAL Project
The goal of this project is the development of a portable system for
remote ECG data acquisition and
transmission in real time to corresponding medical center using latest
advancements in coming ISO/IEEE
11073 standards for medical device
intercommunication.
The portable system will consist of
three parts: a portable ECG data
acquirer, a PDA and a mobile telephone. At the medical center a
common PC will permit the doctor to
read the ECG signals in real time.
Actually, ISO/IEEE 11073 standards
are on their latest stages of approval
and soon will replace European ENV
13734 and 13735 experimental
standards for vital signs interchange
among medical devices. ISO/IEEE
11073 standards are expected to
become the common international
language of future medical device
systems.
27
Telemedizin
Projektbeispiele
Teleinvivo
Es handelt sich um eine portable,
telemedizinfähige 3D-Ultraschall
Workstation. Kern dieser Workstation
bildet die Kombination eines portablen Ultraschallscanners von PIE
Medical mit einem PC und einem
6DOF-Tracking System. Das Tracking
System ermöglicht die problemlose
Freihand-Aufnahme von 3DUltraschalldaten.
Bei der Systemsoftware handelt es
sich um eine telemedizinische Weiterentwicklung der inzwischen kommerziell vertriebenen InViVo ScanNT Software (CE Zertifizierung). Nach Aufnahme eines 3D-Ultraschall Datensatzes kann dieser zu einem Experten
an einen beliebigen Ort für eine TeleKonsultation, z. B. über Ethernet/
Internet, ISDN, analoges Modem
oder GSM, übertragen werden. Beide
Ärzte können während einer solchen
Tele-Konsultation mit Hilfe verschiedener integrierter Hilfen miteinander
kommunizieren. Die Flexibilität (z. B.
DICOM 3 Format zum Datenaustausch)
der InViVo Software ermöglicht TeleKonsultationen auf verschiedenen
medizinischen Bilddaten, wie zum Beispiel Daten aus der Radiologie (CT, MRI).
Teleinvivo wurde ausgezeichnet mit
dem IST-Grand Preis 2001, dem
größten Technologiepreis in Europa.
VIRTUOSO – Simulation zur
Planung von RadiotherapieBehandlungen
Simulation ist ein übliches Mittel zur
Planung von Radiotherapie-Behandlungen (Radiotherapy Treatment
Planning, RTP) in onkologischen
Kliniken und wird auf einem speziellen Simulator durchgeführt. Mit
Contact
28
Dr. Georgios Sakas
Phone:+49 (0) 6151/155-153
Ilias Sachpazidis
Phone:+49 (0) 6151/155-559
dem am IGD entwickelten System
VIRTUOSO ist es möglich den realen
Simulator durch einen virtuellen zu
ersetzen. VIRTUOSO bietet verschiedene Darstellungsmöglichkeiten für
die Volumendaten. Mit Hilfe eines
Telemedizin-Moduls können an
unterschiedlichen Orten ansässige
Ärzte zusammenarbeiten.
@Home
Das Projekt @Home führt eine Technologie der nächsten Generation ein,
die benutzerfreundlich und wirtschaftlich ist und die sichere und
diskrete Überwachung von Patienten
in ihrer häuslichen Umgebung
ermöglicht.Das System wendet sich
an chronischen Patienten und/oder
ältere Personen und unterstützt die
Einhaltug der Einnahme von Medikationsowie die lückenlose und nicht
störende Überwachung vitaler Parameter (EKG, Blutdruck, Temperatur,
Puls, Blutsauerstoff, Atmungsfrequenz). Daten werden kontinuierlich
und drahtlos zu der Artzzentrale
übertragen.Das @HOME System
wurde durch klinische Versuche
erfolgreich validiert
Telemedicine
Exemplary Projects
Teleinvivo
We developed a portable, telemedical 3D-ultrasound workstation. The
hardware kernel of the portable system is portable ultrasound scanner
combined with a PC and an electromagnetic 6DOF-tracking system, which
offers an easy to use freehand acquisition of 3D-ultrasound.
The software extends the InViVo
ScanNT system that is meanwhile
commercially available (medical CE
certification) by adding online teleconsultation capabilities. The data
can be transferred to a remote expert
via various modalities like ethernet/
internet, ISDN, analogue modem, or
even GSM based mobile phones. The
transmission time is minimised by
employing a special wavelet-based
data compression. Both sides can
interact with each other during a
tele-consultation, visualising the data
with several collaborative tools like
tele-pointing, annotations, chatting,
etc. Due to the flexibility of TeleInViVo
and the usage of DICOM3 protocol,
the tele-consultation can also be used
in other areas of medical imaging
such as radiology (CT, MRI data).
Teleinvivo was Awarded by IST-Grand
Prize 2001, the biggest technology
award in Europe.
VIRTUOSO – Virtual Simulation of
Irradiation Planning
The simulation of Radiotherapy Treatment Planning (RTP) is a normal
procedure in oncology clinics carried
out on the simulator. The virtual
simulation of RTP replaces the real
simulator with a virtual one using the
3D-CT data set of a patient, including
the external patient’s skin landmarks,
instead of a real patient’s body. Our
VIRTUOSO system is based on volume
rendering techniques. Tele-communication techniques are applied to
establish a real-time, on-line collaborative working environment.
@Home
The @Home project introduces a nextgeneration technology which is userfriendly and economical and which
allows patients to be monitored safely and discretely in their own homes.
The system is aimed at chronically ill
patients and/or older people. It helps
ensure that medications are taken on
schedule and enables vital statistics
(such as EKG, blood pressure, temperature, pulse, blood oxygen and
respiration frequency) to be monitored seamlessly and unobtrusively.
Data is transmitted wirelessly to the
medical center on a continual basis.
The @Home system has been successfully validated by clinical trials.
29
Zahnmedizin
Projektbeispiele
Virtueller Artikulator
In einem Kooperationsprojekt mit der
Firma Kettenbach und der Universitätsklinik in Greifswald wurde der
Virtuelle Artikulator entwickelt. Die
Idee des Virtuellen Artikulators ist es,
den Zahnarzt oder Zahntechniker in
der funktionellen Diagnose zu unterstützen. Im Virtuellen Artikulator
werden patientenspezifische Simulationen der Kieferbewegung durchgeführt, um Okklusionen zu detektieren.
Dafür werden 3D-Modelle der Kiefer
in hohen Auflösung erstellt. Mit Hilfe
von Echtzeit-Kollisionserkennung
werden die Okklusionspunkte auf den
Kiefern identifiziert. Für die Bewegungssimulation können zwei verschiedene Vorgehensweisen gewählt
werden. Die Kieferbewegung kann
mit Hilfe eines ultraschallbasierten
Trackingsystems registriert werden
(Jaw Motion Analyzer), ebenso kann
eine Simulation des mechanischen
Artikulators durchgeführt werden.
Der Virtuelle Artikulator soll neue
Möglichkeiten für die funktionelle
Diagnose in der Zahnmedizin
schaffen und ein Kettenglied in der
rechnergestützten Produktion von
Zahnersatz sein.
3D-Vermessung von Gebissen
Mit dem QTSculptor-Komplettsystem
zur 3D-Digitalisierung und Datenauswertung kann die Geometrie
Bedienungsoberfläche
Virtueller
Artikulator
User Interface Virtual
Articulator
natürlicher Formen, wie Zähne, Gebisse
oder Knochen rundherum und exakt
erfasst werden. Diese Daten werden
z. B. zum Aufbau einer umfassenden
Zahndatenbank benötigt. Das QTSculptor-System besteht aus einem
3D-Scanner auf Basis von strukturiertem Licht, einem Drehteller und
Software. Die Objekte werden automatisch aus verschiedenen Ansichten
auf einem Drehteller vermessen. Falls
erforderlich, können fehlende Ansichten aus frei wählbaren Richtungen
zusätzlich gewonnen werden. Mit
der QTSculptor Software werden alle
Teilansichten zu einem kompletten
und konsistenten Geometriemodell
verrechnet. Das ursprünglich beim
Frauhofer IGD entwickelte System
wird von der Polygon Technology
GmbH weiterentwickelt und vermarktet. Das System wird auch in der
Archäologie, in der Denkmalpflege
und im Werkzeug und Formenbau
eingesetzt.
Contact
30
Uli Bockholt
Phone:+49 (0) 6151/155-277
Dr.-Ing. Peter Johannes Neugebauer
Polygon Technology GmbH,
Darmstadt Germany
Phone:+49 (0) 6151/155-482
URL: http://www.polygon-technology.de
Dr. Georgios Sakas
Phone:+49 (0) 6151/155-153
Dentistry
Exemplary Projects
Virtual Articulator
The Virtual Articulator has been
developed in co-operation with the
Kettenbach GmbH and the University
Hospital in Greifswald. The idea of
the Virtual Articulator is to support
the dentist or the dental technician
in functional diagnosis. Patient-specific jaw motions are simulated with
the Virtual Articulator with the aim
to analyze the occlusial conditions.
High-resolution 3D-models of the
patient’s jaws are therefore generated and used for a 3D-motion simulation. Using real-time collision-detection algorithms, the occlusial points
are identified and visualized. Two different approaches can be chosen for
the motion simulation: The patientspecific jaw motion can be registered
via an ultrasound based tracking
system (Jaw Motion Analyzer), or the
movements performed with the traditionally used mechanical articulator
can be simulated. The idea of the
Virtual Articulator is to enhance the
diagnostic possibilities in functional
diagnosis and to complete the digital
chain in the production of bridges,
inlays, onlays and crowns.
3D-measurement of teeth
With the QTSculptor complete system
for 3D-digitalization and data analysis, the geometry of natural forms
such as teeth, dentures or bones can
be entirely and precisely mapped.
This data can be used to create a
comprehensive database of teeth, for
example. The QTSculptor system
consists of a 3D-scanner based on
structured light, a revolving plate and
software. Objects are automatically
measured from various viewpoints on
the revolving plate. If necessary, missing views can be attained by freely
choosing various directions. With the
QTSculptor software, all partial views
are calculated to create a complete,
consistent geometric model. The system, which was originally developed
by the Fraunhofer IGD, is being further developed and marketed by
Polygon Technology GmbH. The system is also being used in archaeology,
in the preservation of monuments
and in toolmaking and mould and
die production.
31
Zahnmedizin
Projektbeispiele
Modelbasierte Konstruktion von
Keramikinlays
Die automatische Rekonstruktion von
Zahndefekten unabhängig vom Restaurationstyp ist aktuell ein wichtiger
Forschungsbereich. Eine Automatisierung des Konstruktionsprozesses ist
aber nur möglich, wenn das System
über zahnmedizinisches Wissen verfügt.
Eine Möglichkeit zur Rekonstruktion
der Oberfläche des Zahns ist die Anpassung eines geeigneten Zahnmodells an die Präparation (Tiefenbild).
Hierzu wurde im IGD ein Prototyp
entwickelt. Das Hauptmerkmal des
Systems ist die explizite Nutzung von
zahnmedizinischem Wissen in Form
einer kleinen Anzahl von Modellzähnen, welche die Fähigkeit besitzen,
sich an die Anatomie des Patientenzahns automatisch anzupassen. Das
Konzept ist auf der rechten Seite
unten skizziert.
Die Anpassung ist in zwei Schritte
unterteilt:
– Im ersten Schritt wird das Model
mit Hilfe von Energiefunktionen
verformt und so an den noch
intakten Teil des Zahns angepasst.
Präparation und das angepasste Zahnmodell
Preparation and the adapted tooth reconstruction
– In einem zweiten Schritt wird das
Modell verfeinert.
Diese zwei Schritte werden so oft
wiederholt bis ein ausreichender
Grad an Detailreichtum erreicht ist
(siehe Bild oben).
Der Kavitätenrand (Grenze zwischen
intakter und fehlender Zahnoberfläche) wird automatisch ermittelt.
Contact
32
Sabine.Adolph
Phone:+49 (0) 6151/155-506
Dr. Georgios Sakas
Phone:+49 (0) 6151/155-153
Er wird benötigt, um das Inlay aus
dem angepassten Zahnmodell und
der Präparation auszuschneiden.
Plaquebestimmung
System zur objektiver Messung von
Plaque-Ablagerungen auf Zähnen.
Die Probanten zerkauen eine Farbtablette, welche Plaque Rot bzw. Blau
färbt. Das System basiert auf intraorale Videobildern, welche automatisch ausgewertet werden und so
den Aufwand bei der Durchführung
von Tests bei mehreren Probanten
minimieren wobei objektive, vergleichbare Ergebnisse geliefert werden.
Dentistry
Exemplary Projects
Model-Based Construction of
Ceramic Inlays
Automatic occlusal surface reconstruction for all kinds of tooth restorations
is an important ongoing research topic.
It is undisputed that an automation
of the restoration process is only possible if the typical geometry of teeth
is known by the system. One realizable approach is the restoration of
the occlusal surface by adapting an
appropriate tooth model. A first prototype developed at our institute is
based on this idea. The main feature
of our system is the explicit use of
dental knowledge in the form of a
small number of tooth models that
have the ability to automatically
adapt to the patient’s anatomy. The
idea of restoring the occlusal surface
by adapting an appropriate model is
sketched below.
Verarbeitungsschritte zur Detektion
von Plaque
Steps in the process to detect plaque
The adaptation is realized in two
partial processes:
– In a first step, the model adapts to
the remaining intact tooth surface
by energy-driven deformations
– In a second step, the model is
refined
These two steps are repeated until a
sufficient degree of refinement is
reached (Figure top left).
Zahnmodell
tooth model
Zahnaufnahme
preparation
Anpassung des Models
adapting model
Rekonstruktion
reconstruction
Schematische Darstellung des Konzepts.
Schematic illustration of the concept.
47-Krone: obere Kavität + untere
Kavität = Inlay
47-crone: upper cavity + lower
cavity = inlay
By analyzing the adapted tooth model
together with the scanned preparation, the border of the cavity within
the model is automatically detected.
The resulting three dimensional line
is used to cut the inlay out of the
model and the scanned preparation.
Plaque measurement
A system for objective measurement
of plaque on teeth. The test persons
have to champ a special colour-pill,
witch makes plaque in red or blue
colour. The system automatically
analyses on intra-oral video images
and estimates the amount of plaque
fast, objective and reproducible. The
amount of work by test-series is
thereby minimized.
33
Neue Technologien
Projektbeispiele
Der Operationssaal der Zukunft
Das Ziel des Szenarios des Operationssaals der Zukunft ist die Integration
neuer Analyse-, Visualisierungs- und
Interaktionswerkzeuge zur Optimierung und Verfeinerung der Tumordiagnostik und -therapie. Hierzu wurden
CT, MR und anatomische Ganzkörperschnitte des Visible Human der
National Library of Medicine als Eingangsdaten zur Gewinnung eines 3DReferenzmodells verwendet. Durch
den Einsatz von VR Techniken werden dem Chirurgen im OP natürliche
und intuitive Interaktionsformen zur
Verfügung gestellt (z. B. Steuerung
von Aktionen durch Spracheingabe).
Schleudertraumadiagnose
Im Projekt VR Schleudertrauma wird
ein Verfahren zur Diagnose von HWSSchleudertrauma entwickelt und validiert. Durch das Verfahren soll die
diagnostische Sicherheit erhöht werden. Die Ergebnisse fließen in die
Planung der Behandlungsmethode
ein und ermöglichen eine gezieltere
Therapie. Dazu werden Techniken aus
dem Bereich der Virtuellen Realität
(VR) eingesetzt: In der Untersuchung
wird der Schleudertraumapatient mit
Hilfe eines »Head Mounted Displays«
(HMD) in eine virtuelle Welt versetzt.
In dieser virtuellen Welt verfolgt der
Patient mit seinem Blick Bewegungsbahnen eines Signals (z. B. Schmetterling). Da Augenbewegungen durch
das geringe Blickfeld des HMD ausgeschlossen sind, wird der Patient
gezwungen Kopfbewegungen auszuführen, um die Bewegungsbahnen
zu verfolgen. Das HMD ist mit einem
Trackingsystem verbunden, dass die
Kopfposition und Kopforientierung
mit hoher Frequenz registriert. Zeitgleich zum Tracking der Kopfbewegung wird ein fine-wire-EMG des
Musculus semispinalis capitis
aufgenommen. Geschwindigkeit und
Bahn des optischen Signals werden
in Echtzeit berechnet und durch die
gemessenen EMG-Werte gesteuert.
Auf Grundlage dieser Technik wurden
diagnostische Verfahren entwickelt:
EMG und Bewegungstracking werden
mit einer Frequenz von 500 Hz aufgezeichnet. Bewegungsbahnen des
optischen Signals werden vorgegeben, die eine definierte Bewegung
der Halswirbelsäule bedingen. Hierbei werden Bewegungsdefizite durch
Vergleich der Ist- und Soll-Werte der
HWS Bewegung erkannt. Durch gleichzeitige Messung der muskulären Aktivität des Musculus semispinalis capitis
werden funktionelle Störungen der
Muskulatur erfasst. Neben der Vorgabe
der Kopfbewegungsbahn hat die VRSzene die Aufgabe, die Aufmerksamkeit der Patienten von Schmerzen
und Funktionseinschränkung abzulenken, um die Diagnose möglichst
unabhängig von der psychischen Verfassung des Patienten zu stellen.
Dies führt zu folgenden Vorteilen:
Alle Bewegungen sind bezüglich Geschwindigkeit, Amplitude und Ablauf
exakt definiert. Dies verbessert die
Vergleichbarkeit der Messungen und
erleichtert deren Auswertung. Ohne
dies ist ein breiter medizinischer Einsatz nicht möglich.
Durch die virtuelle Welt wird einem
Patienten die Orientierung im Raum
genommen. Die Bewegungsausführung erfolgt somit unabhängig
von optischen Störungen und wird
lediglich durch den natürlichen Bewegungsumfang oder eine schmerzbedingte Schwelle terminiert.
Die Bewegungssteuerung soll durch
Myo-Feedback rückgekoppelt werden.
Hierzu werden die zeitgleich aufgezeichneten EMG Signale des Musculus
semispinalis capitis verwendet. Dieses
Contact
34
Uli Bockholt
Phone:+49 (0) 6151/155-277
CAMTech, Singapore
Phone:+65 (0) 6790/6988
Operationsaal der Zukunft
Operation room of the future
EMG Signal verändert sich spezifisch
beim Auftreten von Schmerzen. Beim
Auftreten solcher Schmerzpotentiale
soll die Bewegungsausführung gestoppt werden. Dadurch wird eine
schmerzhafte Überbeanspruchung
der Testpersonen vermieden. Das
entwickelte Verfahren soll auch Anwendungsmöglichkeiten in den zahlreichen gutachterlichen Fragestellungen
geben, die mit der Schleudertraumadiagnoses verknüpft sind.
VR gesteuerte
Kopfbewegungen
VR guided head
movements
The Operating Room of
the Future
The goal of the scenario »Operating
Room of the Future« is to integrate
new analysis, visualization and interaction tools in order to optimize and
refine tumor diagnostics and therapy.
Hence, a human 3-D reference model
is reconstructed using CT, MRI, and
anatomical cryosection images from the
National Library of Medicine´s Visible
Human project. The use of VR techniques provides a more natural interface for the surgeon in the OR (e.g.,
controlling interactions by voice input).
Whiplash Diagnosis
In the VR-Whiplash-Diagnosis project,
a method for a Virtual Reality-assisted
Whiplash Diagnosis is being developed and evaluated with the aim to
enhance diagnostic reliability. During
an intervention, the patient immerses
into a virtual world wearing a Head
Mounted Display (HMD). He thereby
follows the motion track of an optical signal (a flying butterfly, for
example) with his view. Because of
the HMD’s limited field of view, the
patient cannot track the signal via
eye movements, but instead he has
to follow the optical signal with head
motion. The patient can therefore be
forced into predefined motion tracks,
which are used as the basis for a
kinesiological diagnosis. The HMD is
equipped with a tracking system registering the head position and orientation in high frequency. A fine-wire
EMG of the Musculus semispinalis
capitis is recorded simultaneously to
the tracking of the head motion. With
the aim to control the exposure of
the patient and to avoid an overload
of the patient, Velocity and Track of
the optical Signal are synchronized
and controlled with the EMG signal.
The motion deficits of the head motion
are recognized via comparison of the
nominal/actual values of the head
motion. Via the simultaneous recording of the EMG, functional malfunctions of the musculature will be
identified. Beside the definition of the
motion track, the role of the Virtual
Reality system is to distract the patient
from the diagnostic procedure with
the aim to keep the diagnosis independent from the psychological
condition.
New Technologies
Exemplary Projects
Thus the new diagnostic method
offers new possibilities in whiplash
diagnosis and therapy, which can
also be consulted in cases pursuant
to insurance law.
35
Neue Technologien
Projektbeispiele
3D-Rekonstruktion der Retina aus
Stereobildpaaren
Das Projekt GlauCAD (Glaucoma
prevention by Computer Aided
Diagnosis) hat die frühzeitige Erkennung von Fromveränderungen der
menschlichen Retina zum Ziel. Die
wesentlichste Herausforderung
besteht darin, die erforderliche
3D-Information aus existierenden
Stereobildpaaren zu gewinnen, damit
ein vorhandener umfangreicher
Bestand an Patientendaten genutzt
werden kann. Zu diesem Zweck
wurde ein Verfahren entwickelt, mit
dem die unbekannten Parameter der
Kameras geschätzt und eine flächenhafte Tiefenkarte aus den Bildpaaren
berechnet werden kann. Als Ergebnis
kann die Form der Retina mit früheren Messungen verglichen und
quantitativ analysiert werden.
Eine CG-basierte Plattform
für Bioinformatik
Das Ziel des Projektes ist die Unterstützung von Forschung und Entwicklung im Bereich der Gesundheitsund Ernährungswissenschaft. Ein
Computergrafik(CG)-Tool wird Forscher
in den folgenden Bereichen unterstützen: beim Studium des weiten
Spektrums von mikrobiologischen
Prozessen, die in den Hefen, die für
Nahrungsmittelproduktion verantwortlich sind, vorkommen; bei der
Analyse der Gene, die für qualitativ
hochwertige Weintrauben verantwortlich sind; und beim Studium der
unterschiedlichen genetischen Reaktionen von Patienten, die eine Hormontherapie gegen Brustkarzinome
machen. In dem Projekt wird eine
CG-Plattform entwickelt, die Methodologien und Tools integriert, welche
für die Analyse und die Simulation
von komplexen biologischen Prozessen notwendig sind. Die Anwendung
soll Softwaretechnik-Komponenten
integrieren, die speziell entwickelt
wurden, um den Bedürfnissen der
Wissenschaftler, die in den genannten Bereichen arbeiten, gerecht zu
werden. Das System wurde für LaienBiologen in formalen Sprachen
konzipiert, und es wird Wissenschaftlern den ausreichenden Abstraktionslevel bieten, der für die Interaktion
mit der großen Anzahl von Faktoren
notwendig ist, die biologische Systeme beschreiben, ohne das sie dabei
Themen beachten müssten, die sich
auf die einzelnen Elemente beziehen.
StingRay Volumenberechnung
Volumen-Datensätze spielen eine entscheidende Rolle bei unserem Forschen
nach Entdeckungen in der Medizin,
der Geophysik, Sonarsystemen, Wissenschaft und Technik. Techniken
zum Sammeln und Erzeugen von
volumetrischen Daten werden immer
zahlreicher und detaillierter.
Es existieren immer noch viele Probleme
bei der Analyse und Erforschung von
volumetrischen Datensätzen. In den
meisten Datensätzen überfordert die
Menge an volumetrischen Informationen üblicherweise die grafischen
Teilsysteme eines Visualisierungssystems. Daher ist es wichtig, Techniken
anzubieten, die die rechnerischen
Fähigkeiten der Maschine auf die
wichtigen Informationen eines volumetrischen Datensatzes konzentriert.
Für den Fachmann kann es schwierig
sein, die Struktur eines volumetrischen
Datensatzes zu verstehen. Daher werden Berechnungstechniken, die 3D
und immersive Darstellungen unterstützen, immer wichtiger. Es ist zudem
wichtig, die Bildqualität zu bewahren;
die Verwendung einer effizienteren
Berechnungsmethode kann dabei
helfen, den Bildqualität-Geschwindigkeitskompromiss zu optimieren.
Contact
36
Dr. Georgios Sakas
Phone:+49 (0) 6151/155-153
Dr. Raffaele De Amicis
Graphitech, Trento, Italy
Phone:+39 (0) 464/443-450
URL: http://www.graphitech.it
Dr. Giuseppe Conti
Graphitech, Trento, Italy
Phone:+39 (0) 464/443-450
URL: http://www.graphitech.it
3D-Reconstruction of the Retina
from Stereo Image Pairs
The GlauCAD (Glaucoma prevention
by Computer Aided Diagnosis) project aims at the early detection of
alterations in the shape of the human
retina. The main challenge addressed
in this project is to obtain the necessary 3d-information from existing
stereo image pairs in order to utilize
a readily available large patient database. To this end, a 3D-reconstruction
technique has been developed which
estimates the unknown parameters
of the cameras from the images and
calculates dense depth maps from
stereo correspondences. As a result,
the shape of the retina can be compared with earlier measurements and
be quantitatively analyzed.
A CG-Based Platform for
Bioinformatics
The aim of the project is to support
development and research in the field
of health and food science. A Computer Graphics (CG) tool will support
researchers in the study of the wide
Schattierte Darstellung des AneurysmaDatensatzes mit freundlicher Genehmigung der Universität von Utah
Shaded rendering of the Aneurysm dataset courtesy of the University of Utah
Dr. Peter Stephenson
Imedia, Providence, Rhode Island, USA
Phone:+1 (401) 383/19 00
URL: http://www.imedia-academy.org
spectrum of microbiological processes
occurring in the yeasts responsible
for food production, in the analysis
of genes responsible for high-quality
grapes, and in the study of the different genetic answers of patients
undertaking hormonal therapy against
breast carcinoma. In the project, a
CG platform will be developed, which
integrates methodologies and tools
necessary for the analysis and simulation of complex biological processes.
The application shall integrate software engineering components specifically developed to answer to the
needs of scientists operating in the
aforementioned fields. The system is
designed for non-expert biologists in
formal languages, and it will provide
scientists with the sufficient abstraction level necessary to interact with
the large number of factors characterizing biological systems without
the need of handling issues relative
to specific elements.
StingRay
Volume datasets play a crucial role in
our quest for discovery in medicine,
geophysics, sonar systems, science
and engineering. Techniques for collecting and creating volumetric data
continue to grow in number and
sophistication.
Schattierte Darstellung des Fuß-Datensatzes mit freundlicher Genehmigung des
»Visible Human«-Projektes (Projekt des
»einsehbaren Menschen«)
Shaded rendering of the foot dataset
courtesy Visible Human Project
Schattierte Darstellung des männlichen
Datensatzes mit freundlicher Genehmigung des »Visible Human«-Projektes
(Projekt des »einsehbaren Menschen«)
Shaded rendering of the male dataset
courtesy Visible Human Project
For the analysis and exploration of
volumetric datasets many problems
still exist. The amount of volumetric
information in most datasets typically
overwhelms the graphical subsystems
in a visualization system. It is therefore
important to offer techniques to concentrate the computational capabilities of the machine on the important
information in a volumetric dataset.
New Technologies
Exemplary Projects
For the practitioner, understanding
the structure of a volumetric dataset
can be difficult. Rendering techniques,
which support 3D and immersive displays, are therefore becoming increasingly important. It is also important
to preserve image quality and the use
of a more efficient rendering method
can help maximize the image quality
– performance trade-off.
37
Neue Technologien
Projektbeispiele
Personal Interfaces-To-Go
In den letzten Jahren ist eine Vielzahl
medizinischer Visualisierungs-Tools
und -Geräte entwickelt worden, von
2D-Desktop-Anwendungen bis hin
zu immersiven Prototypen Virtueller
Realität, um bestimmte Arten von
Patientendaten optimal visualisieren
und analysieren zu können. Leider
wird die Kompatibilität dieser Systeme,
und somit allgemein die Verwendung
von traditionellen oder auch neuen
visuellen Analysetechnologien für
einen nahtlosen Arbeitsablauf sowie
die Zusammenarbeit der Experten
mit Hilfe verschiedener Einrichtungen,
behindert durch den Mangel an Integrationsplattformen für Software
und Datenflussprotokolle.
In dem »Personal Interfaces-To-Go«
(PITG, persönliche Oberflächen »zum
Mitnehmen«) Projekt wird erforscht,
wie mehrere heterogene Systeme zur
Datenvisualisierung und -erforschung
in einen gemeinsamen Arbeitsablauf
integriert werden können, wobei die
in einem System gewonnenen Resultate bei der Nutzung eines anderen
Systems angewendet werden können.
In einer ersten Version der Anwendung
werden die folgenden drei Systeme
zur Datenvisualisierung als PITG-befähigte Plattformen zum Datenaustausch genutzt: MediDesk, eine Kombination aus einem an Interaktionen
reichen, immersiven VR-System und
Hardware-beschleunigter Volumenberechnungs-Software; TeleInViVo, eine
Software-Plattform für nicht-immersive
kollaborative medizinische Volumenvisualisierung auf PC-Plattformen;
und das Virtual Showcase, ein neuartiges mehrnutzer-fähiges Augmented
Reality Display, dass die räumlich
exakte Überblendung von virtuellen
Darstellungen mit realen Objekten
ermöglicht.
Contact
38
Dr. L. Miguel Encarnação
Imedia, Providence, Rhode Island, USA
Phone:+1 (401) 383/19 00
URL: http://www.imedia-academy.org
Wir verwenden erschwingliche
Rechengeräte, die tragbar, kabellos
und mobil sind, wie beispielsweise
den Personal Data Assistant (PDA),
um die Möglichkeiten zur Speicherung und Modifikation von Kollaborations- und Interaktionsdaten auf
dem PDA zu untersuchen und diese
zu einem späteren Zeitpunkt auf ein
anderes System oder einen anderen
PDA zu übertragen. Dadurch wird
zeitunabhängige Kommunikation
ermöglicht und zudem die Fortsetzung
von früheren Interaktions-Sessions in
unterschiedlichen Umgebungen. In
der Abbildung rechts ist ein Beispiel
für das Szenario eines Arbeitsablaufes
illustriert. Es stellt die verschiedenen
Möglichkeiten der Datenkommunikation dar, welche wahrgenommen
werden können, sobald die Daten
auf ein mobiles Gerät geladen
worden sind.
Als Hardware-Plattform für die Prototypen des kabellosen mobilen Systems
verwenden wir einen Compaq iPAQ
3870 PDA. Der PDA kann mit einer
WLAN(802.11b)-Karte erweitert werden, oder es kann seine integrierte
Bluetooth-Fähigkeit verwendet werden für kabellosen Zugang zu den
Kommunikationspartnern.
Da das hier vorgestellte System
mehrere heterogene Anwendungen
mit verschiedenen Fähigkeiten beinhaltet, ist es wichtig, ein flexibles
Kommunikationsprotokoll zum Datenaustausch zu haben. Das dem Industriestandard entsprechende SOAPProtokoll ist ein einfacher und leichter
XML-basierter Mechanismus zum
Austausch von strukturierten Daten
zwischen diesen Anwendungen. Es
bietet eine Reihe von Kodierungsnormen, um Instanzen von Anwendungsdefinierten Datentypen zu erstellen,
sowie eine Konvention, um RemoteMethodenaufrufe und deren
PDA mit Screenshot der Volumenvisualisierung von TeleInViVo
PDA with volume visualization screenshot
from TeleInViVo
Ergebnisse darzustellen. SOAP kann
zusätzlich zu existierenden Netzwerkprotokollen wie HTTP/HTTPS verwendet werden, und es ist für mehrere
Programmiersprachen und Plattformen
erhältlich. Dadurch wird in unserem
Fall der Datentransfer zwischen einer
PDA Java-Client Anwendung und einer
C++ Server-Anwendung ermöglicht.
New Technologies
Exemplary Projects
Personal Interfaces-To-Go
A variety of medical visualization tools
and devices have been developed
over the recent years to optimally
visualize and analyze certain types of
patient data, ranging from 2D-desktop applications to immersive Virtual
Reality prototypes. Unfortunately, the
interoperability of these systems, and
therefore the common use of traditional and novel visual analysis technologies in a seamless workflow as
well as the collaboration between
experts using different setups, is
hampered by the lack of integrating
software platforms and data flow
protocols.
The Personal Interfaces-To-Go (PITG)
project explores how several heterogeneous data visualization and exploration systems can be integrated
into one collaborative workflow,
where results gained on one system
can be utilized using another system.
In the initial implementation, the
following three data visualization
systems are used as PITG-enabled
data exchange platforms: MediDesk,
a combination of an interaction-rich
immersive VR system and hardwareaccelerated volume-rendering software, TeleInViVo, a software platform
for non-immersive collaborative medical volume visualization on PC platforms, and the Virtual Showcase, a
new multi-user Augmented Reality
display, which allows for virtual
representations and real objects to
share the same space.
Using affordable wireless mobile computing devices such as the Personal
Data Assistant (PDA), we examine
the possibilities of storing the collaboration and interaction data on a
PDA, modifying it and transferring it
to another system or PDA at a later
Datenaustausch und Interaktion
Data exchange and interaction
point in time. This allows for timedecoupled communications, and also
continuation of previous interaction
sessions in different environments. A
sample workflow scenario is illustrated in the Figure above. It describes
the possible data communication
paths, which can be taken once the
data has been downloaded to a
mobile device.
A Compaq iPAQ 3870 PDA serves as
our prototype hardware platform
for the wireless mobile system. The
PDA can be expanded with a WLAN
(802.11b) card, or its integrated
Bluetooth capabilities can be used
for wireless access to the communication partners.
The industry-standard SOAP protocol
is a simple and lightweight XMLbased mechanism for the exchange
of structured data between these
applications. It provides a set of
encoding rules for the expression of
instances of application-defined data
types as well as a convention for the
representation of remote procedure
calls and responses. SOAP can be
used on top of existing network protocols such as HTTP/HTTPS and it is
available for multiple languages and
platforms. It therefore enables us to
transfer data between a PDA Java
client application and a C++ server
application.
Since the proposed system includes
several heterogeneous applications
with different capabilities, it is important to have a flexible communication
protocol for the exchange of data.
39
INI-GraphicsNet
Das Internationale Netz
von Institutionen zur Ausund Fortbildung, Forschung
und Entwicklung in den
Techniken, Systemen und
Anwendungen der
Computergraphik
Das Fachgebiet Graphisch-Interaktive
Systeme (GRIS) im Fachbereich Informatik der Technischen Hochschule
Darmstadt wurde 1975 gegründet.
Das Arbeitsgebiet von GRIS, Fundament und »Keimzelle« des »Netzwerks der Graphischen Datenverarbeitung«, ist die Lehre und Grundlagenforschung. Gleichzeitig stellt es
den Rahmen für die Qualifikation der
wissenschaftlichen Mitarbeiter dar.
Mit der Gründung des Zentrums für
Graphische Datenverarbeitung (ZGDV)
als gemeinnütziger Verein entstand
1984 ein europäisches Forum für
konsequente, anwendungsbezogene
Schulung, Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Computergraphik. Vereinsmitglieder sind über
zwanzig namhafte Institutionen aus
Industrie, Wirtschaft und Forschung,
darunter die Technische Universität
Darmstadt, die Fraunhofer-Gesellschaft
und die Universität Rostock. Mit seinen praxisorientierten Forschungsarbeiten bietet das ZGDV optimale
Lösungen für unternehmerische
Innovationen.
Das Spektrum der durchgeführten
Arbeiten des Fraunhofer-Instituts für
Graphische Datenverarbeitung IGD
reicht von der anwendungsspezifischen Grundlagenforschung, z. B.
Algorithmik, bis zur Prototypenrealisierung von Anwendungen und Systemen (Hard- und Software) sowie deren
Adaption an spezifische Kundenanforderungen. Durch seine FuE-Arbeiten
trägt das Institut dazu bei, Graphische
Datenverarbeitung weltweit als
40
Technologie, als Werkzeug und als Entwicklungsbasis zu etablieren, durchzusetzen und mit eigenen Produkten
und Verfahren zu prägen. Die FuEProjekte haben einen direkten Bezug
zu aktuellen Problemen in Industrie,
Handel, Verkehr und Dienstleistung.
Durch die Außenstellen des ZGDV und
des Fraunhofer IGD in Rostock wird
das fachliche Spektrum und die personelle Basis noch erweitert. Mit dem
ZGDV in Guimarães (Portugal) und
den Außenstellen des Fraunhofer IGD
in den USA und Singapur ist das
INI-GraphicsNet auf den wichtigen
Weltmärkten USA, Europa und Asien
präsent. Durch dieses Netz nehmen
wir die schnellen weltweiten Entwicklungen nicht nur auf, sondern
sind auch in der Lage, sie aktiv zu
beeinflussen.
sUnter der Gesamtleitung von
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação bildet
dieses institutionelle Netzwerk heute
mit mehr als 350 Mitarbeitern sowie
rund 500 wissenschaftlichen Hilfskräften bei einem Haushalt von ca.
42 Mio. Euro weltweit einen der
größten Schwerpunkte für die
IuK-Technologien.
The Interactive Graphics Research
Group (GRIS) at the Computer Science Department of the Technische
Universität Darmstadt was established in 1975. GRIS stands for the
foundation and basic unit of the
»Network of Computer Graphics«.
Its main areas of activity are teaching
and basic research. At the same
time, GRIS provides the framework
for the advanced qualification of
in-house scientific staff.
With the founding of the Computer
Graphics Center (ZGDV) in 1984, a
European forum for consistent, application-oriented teaching, research
and development in the field of
computer graphics has evolved. The
ZGDV is a not-for-profit organization
dedicated to the advancement and
promotion of computer graphics. Its
members include more than twenty
reputable industrial and research
institutions, among them the
Technische Universität Darmstadt, the
Universität Rostock, and the Fraunhofer
Society. With its research projects,
ZGDV offers optimal solutions for
business innovations
further development. It also influences
developments in computer graphics
with its own products and procedures. The R&D projects are always
strongly based on present problems
confronting industry, trade, traffic,
and service enterprises.
The branch offices of the ZGDV and
Fraunhofer IGD in Rostock widen the
field of expertise and broaden the
personnel base. With the ZGDV office
in Guimarães (Portugal) and the branch
offices of the Fraunhofer IGD in the
United States and Singapore, the
INI-GraphicsNet now has a presence
on the most important world markets in the United States, Europe and
Asia. This network not only makes it
possible to respond promptly to fastchanging worldwide developments,
but also to actively influence these
developments.
Imprint
INI-GraphicsNet
The International Network
of Institutions for advanced
education, training and
R&D in Computer Graphics
technology, systems and
application
Editorial Office
INI-GraphicsNet
Corporate Communications
Bernad Lukacin
Fraunhoferstrasse 5
64283 Darmstadt, Germany
Phone: +49 (6151) 155-146
Fax: +49 (6151) 155-446
© INI-GraphicsNet, Darmstadt, Germany, 2003
Publisher
Under the guidance of Prof. Dr.-Ing.
José L. Encarnação, this institutional
network with more than 350
employees, more than 500 research
assistants, and an annual budget of
more than 42 million Euro is one of
the largest centers for ICT world-wide.
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. Dr. E.h. Hon. Prof.
mult. José L. Encarnação
Editor
Bernad Lukacin
Art Direction
Tina Bernschein, Sylvia Behrens,
Christine Becker
Translation
Birgit Schmidt-Leinigen
Overall Produktion
The activities of the Fraunhofer
Institute for Computer Graphics (IGD)
range from application-specific basic
research (e.g. algorithmics) to the
realization of application and system
prototypes (hardware and software)
and their adaptation to specific customer needs. With its R&D activities,
the institute is contributing toward
the world-wide establishment and
acceptance of computer graphics as
a technology, tool and basis for
konziel
Agency for Communication
Bernad Lukacin
Rundeturmstrasse 12
Phone: +49 (6151) 155-146
Fax: +49 (6151) 155-446
http://www.konziel.com
V3-3002 11
41
Members of the INI-GraphicsNet
Foundation
Stiftung
INI-GraphicsNet
INI-GraphicsNet Foundation
IGD, Darmstadt, Rostock and
Frankfurt, Germany
CRCG, Providence,
Rhode Island, USA
INI-GraphicsNet Stiftung
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-220
Fax
+49 / 6151 / 155-299
Email
[email protected]
WWW http://www.inigraphics.net/
Fraunhofer Institute for
Computer Graphics
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-0
Fax
+49 / 6151 / 155-199
Email
[email protected]
WWW http://www.igd.fraunhofer.de/
Fraunhofer Center for Research
in Computer Graphics, Inc.
321 South Main Street, Providence,
Rhode Island 02903-7108, USA
Phone
+1 / 401 / 453-6363-121
Fax
+1 / 401 / 453-0444
Email
[email protected]
WWW http://www.crcg.edu/
Board of Directors (Vorstand)
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult., Dr. E.h., Hon. Prof. mult.
José L. Encarnação (Chairman)
Lars Karle, INI-Novum, Inc., Providence, RI, USA
Dr. Bernd Kehrer, ZGDV e.V., Darmstadt, Germany
Wolfgang Kniejski, INI-GraphicsNet Stiftung, Darmstadt, Germany
Dr. Wolfgang Müller-Wittig, CAMTech, Singapore
Dr. Joachim Rix, INI-GraphicsNet Stiftung, Darmstadt, Germany
Prof. Dr. Bodo Urban, Fraunhofer IGD, Institutsteil Rostock, Germany
Fraunhofer Institute for
Computer Graphics
Joachim-Jungius-Strasse 11
18059 Rostock, Germany
Phone
+49 / 381 / 4024-110
Fax
+49 / 381 / 4024-199
Email
[email protected]
WWW http://www.rostock.igd.fraunhofer.de/
Advisory Board (Beirat)
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação (Chairman)
Dr. Hans-Peter Kohlhammer, SITA SC – Société internationale de
télécommunications aéronautiques, Cointrin – Geneve (Vice Chairman)
Dr. Bertram Herzog, Fraunhofer CRCG Inc., Providence, RI, USA
Herbert Kuhlmann, ZGDV e.V., Darmstadt, Germany
Prof. Adérito F. Marcos, CCG, Universidade do Minho, Portugal
Dr. Jürgen Schönhut, Fraunhofer IGD, Darmstadt, Germany
A/P Prof. Dr. Seah Hock Soon, Dean, School of Computer Engineering,
Nanyang Technological University, Singapore
Dr. Rüdiger Strack, Encorus Technologies GmbH, Frankfurt, Germany
Fraunhofer Application Center for Computer
Graphics in Chemistry and Pharmaceutics
Carl Bosch-Haus
Varrentrappstrasse 40-42
60486 Frankfurt/Main, Germany
Phone
+49 / 69 97 995-0
Fax
+49 / 69 97 995-199
Email
[email protected]
WWW http://www.agc.fraunhofer.de/
Board Of Trustees (Kuratorium)
Prof. Dr.-Ing. Johann-Dietrich Wörner, Technische Universität
Darmstadt, Germany (Chairman)
Prof. Dr. Karl Hantzschmann, Universität Rostock, Germany
(Vice Chairman)
Lothar Brozio, Ministry of Economics of the State of
Mecklenburg-Vorpommern, Germany
Prof. Dr. Andries van Dam, Brown University, Providence, RI, USA
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação, Permanent Member as Founder
Prof. Dr. Dieter Fellner, TU Braunschweig, Germany
Dr. Julian Florez, VICOMTech, Spain
Günter Frey, Ministry of Economics, Transportation, Urban and
Regional Development of the State of Hesse, Germany
José Rodrigues Gaspar, Caminhos de Ferro, Portugal
Prof. Dr. Markus Groß, ETH Zürich, Switzerland
Dr. Bertram Herzog, Fraunhofer CRCG, Inc., Providence, RI, USA
Gabriele Hövel, CMC Communication Media Consult GmbH,
Köln, Germany
Dr. Bernd Kehrer, ZGDV e.V., Darmstadt, Germany
Prof. Dr. Reinhard Klein, Universität Bonn, Germany
télécommunications aéronautiques, Cointrin – Geneve
Prof. Dr. Detlef Krömker, Fraunhofer AGC, Frankfurt, Germany
Prof. Dr. Stefan Müller, Universität Koblenz-Landau, Germany
Uwe von Lukas, ZGDV e.V., Rostock, Germany
Roger Mandle, Ph.D., President, Rhode Island School of Design,
Providence, USA
MinR Gerd Mangel, Ministry of Science and Art of the State of
Hesse, Germany
Prof. Adérito F. Marcos, CCG, Universidade do Minho, Portugal
Dr. Wolfgang Müller-Wittig, CAMTech, Singapore
António Guimarães Rodrigues, University do Minho, Portugal
Dr. Jürgen Schönhut, Fraunhofer IGD, Darmstadt, Germany
Prof. Dr. Heidrun Schumann, Universität Rostock, Germany
A/P Prof. Dr. Seah Hock Soon, Dean, School of Computer Engineering,
Nanyang Technological University, Singapore
Prof. Dr. Wolfgang Straßer, Universität Tübingen, Germany
Prof. Dr. Bodo Urban, Fraunhofer IGD, Institutsteil Rostock, Germany
Advisory Board (Kuratorium)
télécommunications aéronautiques, Cointrin – Geneve (Chairman)
Prof. Dr. Peter Stucki, Universität Zürich, Switzerland (Vice Chairman)
Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl, Technische Universität
Darmstadt, Germany
Dr. Rolf-Eckart Bandl, BURDA-SYSTEMS GmbH, Offenburg, Germany
Prof. Dr. Klaus Bender, Technische Universität München, Germany
Ekkehart Gerlach, Medienakademie Köln gGmbH, Germany
Prof. Dr. Karl Hantzschmann, Universität Rostock, Germany
Prof. Dr. Sorin Huss, Technische Universität Darmstadt, Germany
Dipl.-Ing. Peter Kraemer, Commerzbank, Frankfurt, Germany
MinR Gerd Mangel, Ministry of Science and Art of the State of
Hessen, Germany
Prof. Dr. Helmut Merkel, IM+C Institute, Management and
Consulting Inc., Mannheim, Germany
Dipl. Math. Hartmut Raffler, Siemens AG, München, Germany
MinR Dr. Bernd Reuse, Federal Ministry for Research and Technology,
Bonn, Germany
Prof. Dr. Wolfgang Straßer, Universität Tübingen, Germany
Dr.-Ing. Trac Tang, Volkswagen AG, Wolfsburg, Germany
Dr. Igor Varsek, SchlumbergerSema Telecoms, Dreieich-Sprendlingen,
Germany
FhG-Board of Directors (FhG-Vorstand)
Prof. Dr. Hans-Jörg Bullinger, München, Germany (President)
Dr. Alfred Gossner, München, Germany
Dr. Dirk Meints Polter, München, Germany
Prof. Dr. Dennis Tsichritzis, München, Germany
Director of the IGD
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação
Associate Director for IGD Rostock
Prof. Dr.-Ing. Bodo Urban
Associate Director for the Application Center in Frankfurt
Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
Officers
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação,
Fraunhofer IGD, Germany (President)
Dr. David Zeltzer (Vice President and Chief Technical Officer)
Wolfgang Kniejski, Fraunhofer IGD, Germany (Treasurer)
Board of Directors
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação, Director of the
Fraunhofer IGD, Germany (Chairman)
Bruce Linton, USA
Providence, USA
Dr. Joachim Rix, Fraunhofer IGD, Germany (Secretary)
Dr. Georg Rosenfeld, Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Germany
Prof. Dr. Dr. h.c. Heinz G. Schwärtzel, Germany
Technical Advisory Board
Prof. Andries van Dam, Brown University,
Rhode Island, USA (Chairman)
Prof. James Foley, Associate Dean, College of Computing Georgia
Institute of Technology, USA
Lawrence J. Hettinger, Northrop Grumman IT, USA
David Kasik, Boeing Commercial Airplanes, USA
Dr. Joseph M. Rosen, M.D., Dartmouth College, USA
Dr. James Thomas, Battelle Pacific Northwest National Laboratories, USA
CAMTech, Singapore
ZGDV, Darmstadt and Rostock,
Germany
CCG, Guimarães and Coimbra,
Portugal
Centre for Advanced Media Technology
Nanyang Technological University
North Academic Complex
Nanyang Avenue, Singapore 639798
Phone
+65 / 6790-6988- 6949
Fax
+65 / 6792-8123
Email
[email protected]
WWW http://www.camtech.ntu.edu.sg/
Computer Graphics Center
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155 -120
Fax
+49 / 6151 / 155 - 450
Email
[email protected]
WWW http://www.zgdv.de/
Centro de Computação Gráfica
Rua Teixeira de Pascoais 596
4800-073 Guimarães, Portugal
Phone
+351 / 253 / 439-300
Fax
+351 / 253 / 439-348
Email
[email protected]
WWW http://www.ccg.pt/
Computer Graphics Center
Phone
+49 / 381 / 4024 -150
Fax
+49 / 381 / 446088
Email
[email protected]
WWW http://www.rostock.zgdv.de/
Centro de Computação Gráfica
Centro de Empresas de Taveiro
3040-912 Coimbra, Portugal
Phone
+351 / 239 / 980-900
Fax
+351 / 239 / 980-948
Email
[email protected]
WWW http://www.coimbra.ccg.pt/
Board of Directors (Vorstand)
Technische Universität Darmstadt, Germany (Chairman)
Dr. Peter Mossack, Software AG, Darmstadt, Germany, (Vice Chairman)
Prof. Dr.-Ing. Johann-Dietrich Wörner, Präsident der Technischen
Universität Darmstadt, Germany
Prof. Dr. Hans Jürgen Wendel (Rektor der Universität Rostock),
Rostock, Germany
Prof. Dr. Hans-Jörg Bullinger (Präsident der Fraunhofer Gesellschaft),
München, Germany
Alfred Katzenbach, DaimlerChrysler AG, Ulm, Germany
Dr. Bernhard Nottbeck, Siemens AG, München, Germany
Thomas Norweg, DB Real Estate Management GmbH, Eschborn, Germany
Dr. Hans-Peter Quadt, Deutsche Telekom AG, Bonn, Germany
President of the General Assembly
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação, ZGDV e.V., Germany
Managing Directors
Dr. Bernd Kehrer
Herbert Kuhlmann
Managing Board
Prof. Adérito Fernandes Marcos, (Executive Director)
Luís Almeida (Assoc. Director Coimbra)
Catarina Taborda (Treasurer)
Executive Board
Fraunhofer IGD, Germany (Chairman)
Associate Prof. Dr. Seah Hock Soon, Dean, School of Computer
Engineering, Nanyang Technological University, Singapore (Vice Chairman)
Dr. Manfred Barth, Goethe-Institut, Singapore
Dr. Gerhard Fischer, Heidelberger Druckmaschinen AG, Germany
Thomas Frischmuth, Siemens Pte Ltd, Singapore
Dr. Steve M. F. Lai, SPRING, Singapore
Wolfgang Kniejski, INI-GraphicsNet Stiftung, Germany
Prof. Ngan King Ngi, School of Computer Engineering, Nanyang Technological University, Singapore
Quek Swee Kuan, Economic Development Board, Singapore
Dr. U Yee Hsun, Singapore Institute of Manufacturing Technology, Singapore
Dr. Matthias Unbescheiden, Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Germany
Stephen Yeo, EDS International Ltd, Singapore
Managing Directors
Dr. Tony Chan
Business Manager
Karsten Schmidt
Associate Director for ZGDV Rostock
Dr. Uwe von Lukas
Members (as of October 2003)
Technische Universität Darmstadt, Germany
Universität Rostock, Germany
Fraunhofer-Gesellschaft e.V., München, Germany
Auspex Systems GmbH, München, Germany
CAPCom AG, Darmstadt, Germany
DaimlerChrysler AG, Ulm, Germany
Deutsche Telekom AG, Bonn, Germany
EDS PLM Solutions, Berlin, Germany
GTS-GRAL GmbH, Darmstadt, Germany
Heidelberger Druckmaschinen AG, Heidelberg, Germany
Hewlett-Packard GmbH, Böblingen, Germany
Loewe AG, Kronach, Germany
MarineSoft Entwicklungs- und Logistik GmbH, Rostock, Germany
MTE Meerestechnik Engineering GmbH, Wismar
OTLO VR Systeme GmbH, Rostock
Siemens AG, Berlin/München, Germany
Silicon Graphics GmbH, München, Germany
Software AG, Darmstadt, Germany
SOKOMA Software-Konzepte + Marketing GmbH, Frankfurt/M., Germany
State of Hesse (project-oriented membership), Germany
State of Mecklenburg-Vorpommern, Ministry of Economic Affairs
(project-oriented membership), Germany
Administrative Board
Prof. João Monteiro, Universidade do Minho (President), Portugal
Dr.-Ing. Bernd Kehrer, ZGDV, Germany
Prof. Luís Amaral, Universidade do Minho, Portugal
Eng. Joaquim Menezes, CENTIMFE, Portugal
Prof. Adérito Fernandes Marcos, CCG, Universidade do Minho, ZGDV,
Portugal/Germany
Financial Council
Karsten Schmidt, ZGDV e.V., Germany (President)
Prof. Maria Margarida Proênça, Universidade do Minho, Portugal
Carlos Amaro, Mondego, Portugal
CCG Members (as of October 2003)
ZGDV e.V., Darmstadt, Germany
Universidade do Minho, Guimarães, Portugal
Adrave – Agência de Desenvolvimento Regional do Vale do Ave, Portugal
Amave – Associação de Municípios do Vale do Ave, Portugal
Câmara Municipal de Guimarães, Portugal
CP – Caminhos de Ferro Portugueses, S.A., Portugal
Centimfe – Centro Tecnológico da Indústria de Moldes e Ferramentas
Especiais, Portugal
C.T.C. Centro Tecnológico do Calçado, Portugal
CCRC – Comissão de Coordenação da Região Centro, Portugal
DGEMN – Direcção-Geral dos Edifícios e Monumentos Nacionais, Portugal
EDP – Electricidade de Portugal, S.A., Portugal
Idite-Minho – Instituto de Desenvolvimento e Inovação Tecnológica do
Minho, Portugal
INI-GraphicsNet Stiftung, Darmstadt, Germany
IPLei – Instituto Politécnico de Leiria, Leiria, Portugal
neXtvision – Sistemas Gráficos, Computação e Informação, Lda., Portugal
Mondego – Mondego Network, Lda., Portugal
TLCI – Soluções Integradas de Telecomunicações, S.A., Portugal
GRIS, Darmstadt,
Germany
VICOMTech,
Donostia-San Sebastian, Spain
NEMETech,
Seoul, Korea
Technische Universität Darmstadt
Fachgebiet Graphisch-Interaktive Systeme
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-130
Fax
+49 / 6151 / 155-430
Email
[email protected]
WWW
http://www.gris.informatik.tu-darmstadt.de
VICOMTech
Mikeletegi Pasealekua 57
Parque Tecnológico
20009 Donostia/San Sebastian, Spain
Phone
+34 / 943309-230
Fax
+34 / 943309-393
Email
[email protected]
WWW http://www.vicomtech.es/
Institute for NEWMEDIA Technology
Ewha-SK Telecom Bldg.
11-1 Daehyun-dong
Seoul 120-750, Korea
Phone
+82 / 2 / 3277-3892
Fax
+82 / 2 / 3277-3893
Email
[email protected]
WWW http://www.nemetech.org/
Head of Department
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação
Dr. Rolf Lindner (Associate)
Board of Directors
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação, INI-GraphicsNet Stiftung (Chairman),
Darmstadt, Germany
Andoni Ortuzar, EiTB Radio & TV (Chairman), Donostia-San Sebastian, Spain
Mikel Agirre, EiTB Radio & TV, Donostia-San Sebastian, Spain
Juan Diego Casals, EiTB Radio & TV (Secretary), Donostia-San Sebastian, Spain
Manuel Cendoya, San Sebastian Technology Park, Spain
Board of Directors
Prof. In-Ryung Shin (Chairperson), Ewha Womans University, Seoul, Korea
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação, INI-GraphicsNet Stiftung,
Darmstadt, Germany
Prof. Myoung-Hee Kim, Ewha Womans University, Seoul, Korea
Prof. Ki-Joon Chae, Ewha Womans University, Seoul, Korea
Suek Namgoong, Member of National Assembly of Korea, Seoul, Korea
Prof. Kyung Hee Park, Ewha Womans University, Seoul, Korea
Shanghi Rhee, Member of National Assembly of Korea, Seoul, Korea
Dr. Matthias Unbescheiden, Fraunhofer IGD, Darmstadt, Germany
Managing Directors
Dr. Julian Florez
Dipl.-Ing. Jorge Posada
Directors
Prof. Won Y. Kim
Claudia Herzig
Centre
GraphiTech
Graphics & Media
Technology
GraphiTech,
Rovereto – Trento, Italy
Centre for Graphics and Media
Technology (CGMT), Singapore
GraphiTech
Via F. Zeni 8
38068 Rovereto (TN), Italy
Phone
+39 / 0464-443-450
Fax
+39 / 0464-443-470
Email
[email protected]
WWW http://www.graphitech.it/
Centre for Graphics and Media Technology
Nanyang Avenue, Singapore 639798
Phone
+65 / 6790-6988
Fax
+65 / 6792-8123
Email
[email protected]
WWW http://www.cgmt.org/
Board of Directors
Prof. Fausto Giunchiglia, University of Trento, Povo di Trento, Italy
(Chairman)
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação, INI-GraphicsNet Stiftung, Darmstadt,
Germany (Vice Chairman)
Prof. Luigia Carlucci Aiello, ITCirst, Povo di Trento, Italy
Directors
Dr. Tony Chan, Singapore
Dr. Wolfgang Müller-Wittig, Singapore
Managing Directors
Dr. Stefan Noll
Dr. Raffaele de Amicis
Forums of ZGDV
Competence Center for
Applied Security Technology
Forum des ZGDV e.V.
Forum für Informations- und
Kommunikations-TechnologieTransfer des ZGDV e.V.
imedia, Providence,
Rhode Island, USA
CAST Forum of ZGDV,
Darmstadt, Germany
IKTT Forum of ZGDV,
Erbach, Germany
imedia – The ICPNM Academy
400 Westminster Street,
Providence, Rhode Island 02903, USA
Phone
+1 / 401 / 383-1900
Fax
+1 / 401 / 383-1901
Email
[email protected]
WWW http://www.imedia-academy.org/
Competence Center for
Applied Security Technology
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-147
Fax
+49 / 6151 / 155-499
Email
[email protected]
WWW http://www.cast-forum.de/
Forum für Informations- und KommunikationsTechnologie-Transfer des ZGDV e.V.
Marktplatz 9 (Schloss)
64711 Erbach, Germany
Phone
+49 / 6062 / 9420-20
Fax
+49 / 6062 / 9420-50
Email
[email protected]
WWW http://www.iktt.de/
Officers
Dr. rer. nat. L. Miguel Encarnação (President)
Wolfgang Kniejski (Treasurer)
Dr.-Ing. Joachim Rix (Secretary)
Managing Directors
Dr. Harald Baier, Technische Universität Darmstadt, Germany
Dr. Christoph Busch, Fraunhofer IGD, Darmstadt, Germany
Dr. Rolf Reinema, Fraunhofer SIT, Darmstadt, Germany
Markus Ruppert, Technische Universität Darmstadt, Germany
Managing Directors
Herbert Kuhlmann, ZGDV e.V., Darmstadt, Germany
Rainer Seibold, Odenwaldkreis, Germany
Board of Directors
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação, INI-GraphicsNet Stiftung
(Chairman)
Providence, USA (Vice Chairman)
Katherine O’Dea, Executive Director, Rhode Island Technology Council
Charles W. Hewitt, Chief Information Officer, The City of Providence
Prof. Dr.jur. Hanns H. Seidler, Chancellor, Technische Universität
Darmstadt, Germany
Lewis Shena, Director of Continuing Education, Rhode Island
School of Design, Providence, RI, USA
Prof. Dr.-Ing. Johann-Dietrich Wörner, President, Technische Universität
Darmstadt, Germany
Advisory & Accreditation Board
Prof. Dr. Lutz Heuser, Vice President of Corporate Research, SAP AG
(Chairman)
Bill Seaman, Ph.D., Director, Digital Media Master’s Program, Rhode
Island School of Design, Providence, RI, USA (Vice Chairman)
Erwin Ihm, Head of Corporate Learning, Deutsche Telekom, Telekom
Business Academy
Prof. Dr.-Ing. Max Mühlhäuser, Dean, Department of Computer
Science, Technische Universität Darmstadt, Germany
Paul Sproll, Ph.D., Department Head of Art Education, Rhode Island
School of Design, Providence, RI, USA
Particia C. Thornton, Associate Director, Continung Education,
Rhode Island School of Design, Providence, RI, USA
Prof. Dr.-Ing. Bodo Urban, Associate Director, Fraunhofer IGD Rostock,
Germany
Technical Advisory Board
Michael R. Macedonia, Ph.D., USA PEO Simulation, Training and
Instrumentation
Hans-Peter Pfister, Ph.D., Mitsubishi Electric Research Lab (MERL)
Holly Rushmeier, Ph.D., IBM T.J. Watson Research Center
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação, ZGDV e.V., Darmstadt, Germany
Prof. Dr. Johannes Buchmann, Technische Universität Darmstadt,
Germany
ALUMNI
Forum für
Informations-Services
in Mecklenburg-Vorpommern
des ZGDV e.V.
INI-Graphics-Alumni Forum of
ZGDV, Darmstadt, Germany
ISMV Forum of ZGDV,
Rostock, Germany
INI-Graphics-Alumni Forum
c/o Computer Graphics Center
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-120
Fax
+49 / 6151 / 155-450
Email
[email protected]
WWW http://www.zgdv.de/foren/alumni/
Forum für Informations-Services in
Mecklenburg-Vorpommern des ZGDV e.V.
Phone
+49 / 381 / 4024-110
Fax
+49 / 381 / 4024-199
Email
[email protected]
WWW http://www.forum-ismv.de/
Managing Directors
Prof. Dr. Stefan Müller, Universität Koblenz-Landau, Germany
Managing Directors
Prof. Dr. Bodo Urban, Fraunhofer IGD, Institutsteil Rostock,
Germany (Spokesman)
Dipl.-Ing. Bodo Henning, DVZ Datenverarbeitungszentrum MecklenburgVorpommern GmbH, Schwerin, Germany
Dr. Holger Meyer, Universität Rostock, Germany
Forums of ZGDV
InGeoForum
Informations- und
Kooperationsforum für
Geodaten des ZGDV e.V.
InGeoForum of ZGDV,
Darmstadt, Germany
MMSC Forum of ZGDV,
Darmstadt, Germany
ProVR Forum of ZGDV,
Rostock, Germany
Informations- und Kooperationsforum für
Geodaten des ZGDV e.V.
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-400
Fax
+49 / 6151 / 155-410
Email
[email protected]
WWW http://www.ingeoforum.de/
Multimedia Support Center Hessen
Forum des ZGDV
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-620
Fax
+49 / 6151 / 155-621
Email
[email protected]
WWW http://www.mmsc-hessen.de/
Anwender- und Entwicklerforum für
VR-Technologien in der Entwicklung,
Konstruktion, Fertigung und im
Marketing – ProVR Forum des ZGDV e.V.
Phone
+49 / 381 / 4024-161
Fax
+49 / 381 / 446088
Email
[email protected]
WWW http://www.provr.de/
Managing Directors
Dr.-Ing. Ralf-H. Borchert, Hessisches Landesvermessungsamt,
Wiesbaden, Germany (Spokesman)
Dr. Uwe Jasnoch, Fraunhofer IGD, Darmstadt, Germany
Managing Directors
Rainer Malkewitz, ZGDV e.V., Darmstadt, Germany (Spokesman)
Karlfried Thorn, IHK Darmstadt, Germany
Managing Directors
Dr.-Ing. Nico Günther, ZGDV e.V., Rostock, Germany
Prof. Dr. Puls, Meerestechnik Engineering GmbH, Wismar, Germany
KOMM-MV Forum of ZGDV,
Rostock, Germany
OpenSG Forum of ZGDV,
Darmstadt, Germany
KMD-Forum of ZGDV,
Darmstadt, Germany
Kompetenzzentrum für Multimedia-Technologien
des Landes Mecklenburg-Vorpommern –
KOMM-MV
Forum des ZGDV e.V.
Phone
+49 / 381 / 4024-163
Fax
+49 / 381 / 446088
Email
[email protected]
WWW http://www.komm-mv.de/
OpenSG Forum
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-188
Fax
+49 / 6151 / 155-196
Email
[email protected]
WWW http://www.opensg.org/
Forum für Knowledge Media Design des ZGDV e.V.
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-270
Fax
+49 / 6151 / 155-451
Email
[email protected]
WWW http://www.kmd-forum.de/
Managing Directors
Mirko Dobermann, ZGDV e.V., Rostock, Germany (Spokesman)
Thomas Pätzold, institut für neue medien. freie bildungsgesellschaft
mbH, Rostock, Germany
Dr. Bernd Mäder, die medienakademie AG, Rügen, Sellin, Germany
Managing Directors
Prof. Dr. Dirk Reiners, Iowa State University, Ames, USA
Dr. Didier Stricker, Fraunhofer IGD, Darmstadt, Germany
Managing Directors
Dr. Stefan Göbel, ZGDV e.V., Darmstadt, Germany
Sebastian Sauer, ion2s – büro für interaktion, Darmstadt, Germany
Prof. Peter Friedrich Stephan, Kunsthochschule für Medien, Cologne,
Germany
Prof. Hans-Peter Goerlich, Präsident a. D. HLVA, Wiesbaden, Vorsitzender
Dipl.Kfm. Frank Colligs, fiscus GmbH, Bonn, Germany
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Dr. E.h. José L. Encarnação, ZGDV e.V.,
Darmstadt, Germany
Prof. Dr. Christine Giger, Institut für Geodäsie und Photogrammetrie,
ETH Zürich, Switzerland
Hagen Graeff, Freie und Hansestadt Hamburg, Landesbetrieb
Geoinformation und Vermessung, Hamburg, Germany
Peter Kemper, Vertriebsleiter Darmstädter Echo, Darmstadt, Germany
Dipl.-Ing. Richard Ott, Berliner Bankgesellschaft, Berlin, Germany
Dipl.-Phys. Hans Viehmann, Oracle Deutschland GmbH,
Hamburg, Germany
Prof. Dr. Horst Dieter Westerhoff, Bundeskanzleramt, Bonn, Germany
Dipl.-Ing. Wulf Schröder, Präsident, Hessisches Landesvermessungsamt, Wiesbaden
Forums of ZGDV
MAP Forum of ZGDV,
Darmstadt, Germany
Forum des ZGDV e.V. für Vermarktung und
Marketing der MAP-Projektergebnisse
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-616
Fax
+49 / 6151 / 155-451
Email
[email protected]
WWW http://www.map-forum.de
Managing Directors
Dr. Dirk Balfanz, ZGDV e.V., Darmstadt, Germany
Welf Schröter, Forum Soziale Technikgestaltung, Stuttgart, Germany
Members of the Forums of ZGDV
(as of October 2003)
ABB Research Center, Heidelberg, Germany
AG GIS Universität der Bundeswehr München, Neubiberg, Germany
Akademie für lebenslanges Lernen – Volkshochschule Odenwaldkreis,
Erbach, Germany
Alcatel SEL AG, Stutgart, Germany
ANOVA Multimedia Studios GmbH, Rostock, Germany
ATIP GmbH, Niddatal, Germany
AUDI AG, Ingolstadt, Germany
BAW GmbH, Michelstadt, Germany
BHF-Bank, Frankfurt, Germany
BMW AG, München, Germany
Bosch Rexroth AG, Erbach, Germany
Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, Bonn, Germany
Bundesdruckerei GmbH, Berlin, Germany
Bundeskriminalamt, Wiesbaden, Germany
CACTUS eSecurity GmbH, Frankfurt, Germany
CAPCom AG, Darmstadt, Germany
CE Infosys GmbH, Bodenheim, Germany
CISS TDI GmbH, Sinzig, Germany
Commerzbank AG, Frankfurt, Germany
con terra GmbH, Münster, Germany
CUI Universität Genf, Switzerland
DaimlerChrysler Aerospace
DaimlerChrysler AG, Ulm, Germany
danet consult GmbH, Weiterstadt, Germany
Danet Internet Solutions GmbH, Darmstadt, Germany
DATAstreet Projects AG, Selfkant-Hillensberg, Germany
DCT Digital Copyright Technologies AG
DDS digital data services GmbH, Karlsruhe, Germany
Delft University of Technology, Delft, Netherland
Deutsche Bank AG, Frankfurt, Germany
Deutsche Post Direkt GmbH, Bonn, Germany
Deutsche Telekom AG, NL Darmstadt, Germany
Deutsche Telekom AG, NL Rostock, Germany
Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz (DFKI),
Saarbrücken, Germany
Die medienakademie AG Rügen, Sellin, Germany
Diginet GmbH, Griesheim, Germany
DITR/DIN e.V., Berlin, Germany
Dornier GmbH, Friedrichshafen, Germany
Dr. Loeckel Unternehmensberatung
DVZ Datenverarbeitungszentrum Mecklenburg-Vorpommern GmbH,
Schwerin, Germany
DVZ Solution GmbH, Schwerin, Mecklenburg-Vorpommern, Germany
EADS, München, Germany
ECO Electronic Commerce Forum e.V., Dortmund, Germany
ECS Engineering Consulting & Solutions GmbH, Neumarkt, Germany
EDS PLM Solutions, Berlin, Germany
Elektro Technologie Zentrum, Stuttgart, Germany
EMB AG, Darmstadt, Germany
Engineering Consulting & Solutions GmbH, Neumarkt, Germany
Engineering Consulting & Solutions GmbH, Rostock, Germany
EPFL, Lausanne, Switzerland
Erbacher Brauhaus, J. Wörner & Söhne KG, Erbach, Germany
ESRI Geoinformatik GmbH, Kranzberg
European Media Laboratory GmbH, Heidelberg, Germany
F&C Forschungstechnik und Computersysteme GmbH, Gülzow,
Germany
Fachhochschule Darmstadt, Germany
Fachhochschule Giessen-Friedberg, Germany
Fachhochschule Trier, Umwelt-Campus-Birkenfeld, Germany
Fachhochschule Wiesbaden, Germany
FlexSecure GmbH, Darmstadt, Germany
Forum Soziale Technikgestaltung beim DGB Landesbezirk BW,
Stuttgart, Germany
Fraunhofer Anwendungszentrum Großstrukturen in der Produktionstechnik, Rostock, Germany
Fraunhofer Fokus, Darmstadt, Germany
Fraunhofer IAO, Stuttgart, Germany
Fraunhofer IGD, Darmstadt, Germany
Fraunhofer IGD, Institutsteil Rostock, Germany
Fraunhofer IIS, Erlangen, Germany
Fraunhofer IMK, Bonn, Germany
Fraunhofer IPK Berlin, Germany
Fraunhofer IPSI, Darmstadt, Germany
Fraunhofer SIT, Darmstadt, Germany
FrontSite AG, Weiterstadt, Germany
GECKO Gesellschaft für Computer- und Informationssysteme mbH,
Rostock, Germany
GENIMEDIA SA
Geographisches Institut, Lehrstuhl für Fernerkundung, Uni Würzburg
Geographisches Institut, Universität Bonn, Germany
GIStec GmbH, Darmstadt, Germany
Graphisoft Deutschland GmbH, München, Germany
Habermehl & Follmann, Planungsbüro für Verkehrswesen, Rodgau,
Germany
Haus Neuer Medien, Greifswald, Mecklenburg-Vorpommern,
Germany
HEAG MediaNet GmbH, Darmstadt, Germany
health&media GmbH, Darmstadt, Germany
Heldele GmbH, Salach, Germany
Hessische Zentrale für Datenverarbeitung, Wiesbaden, Germany
Hessisches Landesvermessungsamt, Wiesbaden, Germany
Hewlett Packard GmbH, Bad Homburg, Germany
HM health&media GmbH, Heidelberg, Germany
Höfer & Bechtel GmbH, Mainhausen, Germany
i3mainz-Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik,
Fachhochschule Mainz, Germany
IG Bergbau, Chemie, Energie, Hannover, Germany
IGO Interessengemeinschaft Odenwald e.V., Erbach, Germany
IHK Darmstadt, Germany
InBit Institut für Betriebsorganisation und Informations-Technik
gGmbH, Rostock, Germany
Inframation AG, Frankfurt, Germany
Ingenieurkammer des Landes Hessen, Wiesbaden, Germany
INI-GraphicsNet Stiftung, Darmstadt, Germany
innominate AG, Berlin, Germany
InsDOM-Institute for Domain Modeling, Luzern, Switzerland
Institut für Geodäsie und Photogrammetrie, Eidgenössische
Institut für Geoinformation und Landesvermessung, Technische
Universität Wien, Austria
Institut für Geoinformation, Westfälische Wilhelms-Universität
Institut für neue medien gGmbH, Rostock, Germany
Institute for Domain Modeling – InsDOM, Luzern 10, Switzerland
Institute for International Research GmbH & Co., Sulzbach/Ts.,
Germany
Institute for International Research, Sulzbach/Ts., Germany
Instituto Superior Tecnico, Lissabon, Portugal
InterCard, Villingen, Germany
Intergraph Deutschland GmbH, Ismaning, Germany
InvestitionsBank Hessen AG, Wiesbaden, Germany
IPLei – Instituto Politécnico de Leiria, Leiria, Portugal
IVO Industrie-Vereinigung Odenwaldkreis e.V., Erbach, Germany
Kiesewetter & partner-Agentur für Marketing und Werbung, Freiburg,
Germany
KOBIL Systeme GmbH, Worms, Germany
Kompetenznetz Parkinson, Marburg, Germany
Kreisstadt Erbach, Germany
Kvaerner Warnow Werft GmbH, Rostock-Warnemünde, Germany
Land Hessen, Wiesbaden, Germany
Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung, Hamburg, Germany
Landesvermessungsamt Baden-Wüttemberg, Stuttgart, Germany
LGN – Landesvermessung+Geobasisinformation Niedersachsen,
Hannover, Germany
LiNK MV e.V., Rostock, Germany
Lufthansa Systems GmbH, Kelsterbach, Germany
LUM Geographische Informationssysteme GmbH, SelfkantHillensberg, Germany
LVA Baden-Württemberg, Stuttgart, Germany
MapInfo GmbH, Raunheim, Germany
MarineSoft Entwicklungs- und Logistikgesellschaft mbH, RostockWarnemünde, Germany
Max-Planck-Institut für Informatik, Saarbrücken, Germany
MEDEOCOM Gesellschaft für Informations- und Kommunikationssysteme mbH, Rostock, Germany
Media transfer GmbH, Darmstadt, Germany
MediaSec Technologies GmbH, Essen, Germany
megatel Informations- und Kommunikationssysteme GmbH, Bremen,
Germany
MTE Meerestechnik Engineering GmbH, Wismar, Germany
Münster, Germany
MVweb GmbH & Co. KG, Schwerin, Germany
NCP engineering GmbH, Nürnberg, Germany
Nemetschek AG, München, Germany
NETIMAGE, Gargilesse, France
Odenwald Regional Gesellschaft mbH, Erbach, Germany
Odenwaldkreis, Erbach, Germany
on-geo GmbH, München, Germany
Orientation Online-Marketing Marc Waschkau, Greifswald, Germany
PASS Network Consulting Group GmbH
Philips International Inc., Potomac, MD, USA
Planet AG, Raben Steinfeld, Germany
Planet internet commerce GmbH, Raben Steinfeld, Germany
Postbank-Systems AG, Bonn, Germany
Regulierungsbehörde für Telecommunikation und Post, Bonn,
Germany
SACD, Paris, France
SECUDE GmbH, Darmstadt, Germany
SECUNET GmbH, Essen, Germany
SICAD Geomatics GmbH & Co. OHG, Frankfurt, Germany
Siemens AG, München, Germany
Silicon Graphics GmbH, Karlsruhe, Germany
SLAT DV-Consulting GmbH, Waldems, Germany
SMI Cognitive Software GmbH, Karlsruhe, Germany
softTECH GmbH, Neustadt a.d.W., Germany
Software AG, Darmstadt, Germany
Sparkasse Odenwaldkreis, Erbach, Germany
Stadtmessungsamt Stuttgart, Germany
Steinbeis-Transferzentrum für Datenbanken, Suchmaschinen und
digitale Bibliotheken at the Universität Rostock, Germany
Members of the Forums of ZGDV
(as of October 2003)
STN Schiffselektrik GmbH, Elmenhorst, Germany
STTI – Service to the Internet GmbH, Erbach, Germany
SundData GmbH, Stralsund, Germany
synfis AG, Düsseldorf, Germany
Technische Hochschule Zürich, Switzerland
Technische Universität Darmstadt, Germany
Technische Universität München, Germany
Technische Universität Wien, Institut für Geoinformation und Landesvermessung, Wien, Austria
Technologiestiftung Hessen GmbH, Wiesbaden, Germany
TeleTrust Deutschland e.V., Erfurt, Germany
Tensing GeoInformatik GmbH, Aachen, Germany
Terra Map Server GmbH, Dortmund, Germany
TESO AG – Tele-Service-Odenwald, Michelstadt, Germany
Thales Communications
T-Mobile-Stiftungsprofessur für M-Commerce, Universität Frankfurt,
Germany
T-Nova Deutsche Telekom Innovationsgesellschaft mbH – Technologiezentrum Darmstadt, Germany
Tribon Solutions AB, Malmö, Sweden
Universidade de Vigo, Vigo, Spain
Universität Magdeburg, Institut für Biometrie und Medizinische
Information, Magdeburg, Germany
Universität Münster, Institut für Geoinformatik, Münster, Germany
Universität Rostock, Germany
Université catholicque de Louvain, Belgium
usd.de ag, Langen, Germany
Verdi UBZ Baden-Württemberg, Stuttgart, Germany
Volksbank Odenwald e.G. Michelstadt, Germany
Volkswagen AG, Wolfsburg, Germany
vrcom GmbH, Darmstadt, Germany
W/S Medienkonzepte, Beerfelden, Germany
WBI – Wolf Blumenthal, Ingenieurbüro, Mainz, Germany
Wirtschaftsministerium Mecklenburg-Vorpommern, Schwerin,
Germany
Wissenschaftsstadt Darmstadt, Germany
Z/I Imaging GmbH, Oberkochen, Germany
Zeitform, Darmstadt, Germany
University Partnerships
Technische Universität Darmstadt,
Darmstadt, Germany
Universidad del Pais Vasco Euskal
Herriko Unibertsitatea
The University of the Basque
Country
Universität Rostock,
Rostock, Germany
Universidade do Minho, Braga,
Guimarães, Portugal
Johann Wolfgang
Goethe-Universität,
Frankfurt am Main, Germany
Nanyang Technological University,
Singapore
Brown University,
Providence, Rhode Island, USA
Ewha Womans University,
Korea
Rhode Island School of Design,
Universitá Degli Studi Di Trento,
Trento, Italy
INI-GraphicsNet Spin-offs
INI-Graphics
Investitions Holding GmbH
INI-Graphics Investitions Holding
GmbH, Darmstadt, Germany
CAPCom AG,
Darmstadt, Germany
GIStec GmbH,
Darmstadt, Germany
INI-Graphics Investitions Holding GmbH
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-118
Fax
+49 / 6151 / 155-194
Email
[email protected]
CAPCom AG
Rundeturmstrasse 12
Phone
+49 / 6151 / 155-900
Fax
+49 / 6151 / 155-909
Email
[email protected]
WWW http://www.capcom.de/
GIStec GmbH
Fraunhoferstrasse 5
Phone
+49 / 6151 / 155-250
Fax
+49 / 6151 / 155-259
Email
[email protected]
WWW http://www.gistec-online.de/
Board of Directors
Prof. Dr.-Ing. José L. Encarnação, Fraunhofer IGD, Darmstadt, Germany
Prof. Dr. Heinz Klandt, European Business School, Östrich-Winkel,
Germany
Wolfgang Kniejski, Fraunhofer IGD, Darmstadt, Germany
Axel Kühn, Dresdner Kleinwort & Benson, Frankfurt, Germany
Dr. Thomas Kühr, T-Telematik Venture Holding GmbH, Bonn, Germany
Executive Board
Luc Neumann (CEO)
Dr. Stefan Gehring
Managing Director
Dr. Uwe Jasnoch
Advanced Training & Learning
Corporation (ATLC),
Glastonbury, Connecticut, USA
Cybernarium
Projektgesellschaft mbH,
Darmstadt, Germany
INI-Novum, Inc., Providence,
Rhode Island, USA
Advanced Training & Learning Corporation
PO Box 596
Glastonbury, CT 06033 USA
Phone
+1 / 860 / 985-7820
Fax
+1 / 860 / 368-2490
Email
[email protected]
WWW http://www.atlc-inc.com/
Cybernarium Projektgesellschaft mbH
Fraunhoferstrasse 5
64283 Darmstadt
Phone
+49 / 6151 / 155-661
Fax
+49 / 6151 / 155-663
Email
[email protected]
WWW http://www.cybernarium.de/
INI-Novum, Inc.
One Providence Washington Plaza, 2nd Floor
Phone
+1 / 401 / 709-3127
Fax
+1 / 401 / 854-3473
Email
[email protected]
WWW http://www.ini-novum.com/
Officers
Richard Williams, President and CEO
Daniel Gross, Executive Vice President and CTO
Managing Directors
Rolf Kruse
Dr. Torsten Fröhlich
Officers
Lars Karle (President and CEO)
Matthew Hutchins, Sr. (Secretary and Managing Director)
Managing Director
Dr. Georg Schwegler, T-Telematik Venture Holding GmbH, Bonn,
Germany
MedCom Gesellschaft für
medizinische Bildverarbeitung
mbH, Darmstadt, Germany
MediaSec Technologies LLC,
Meticube Lda.,
Coimbra, Portugal
MedCom Gesellschaft für medizinische
Bildverarbeitung mbH
Rundeturmstrasse 12
Phone
+49 / 6151 / 95147-0
Fax
+49 / 6151 / 95147-20
Email
[email protected]
WWW http://www.medcom-online.de/
MediaSec Technologies LLC
10 Weybosset Street,
Suite 501
Phone
+1 / 401 / 272-3388
Fax
+1 / 401 / 272-4884
Email
[email protected]
WWW http://www.mediasec.com/
Meticube – Sistemas de Informação,
Comunicação e Multimédia, Lda.
Centro de Empresas de Taveiro
Estrada de Condeixa
3040-912 Taveiro – Coimbra, Portugal
Phone
+351 / 239 980 041
Fax
+351 / 239 980 048
Email
[email protected]
WWW http://www.meticube.com/
Managing Director
Prof. Dr.-Ing. Georgios Sakas
President
Dr. Jian Zhao
Managing Director
Jürgen Bund
MediTEQ, Inc.
MediaSec Technologies GmbH,
Essen, Germany
OTLO VR Systeme GmbH,
Rostock, Germany
MediTEQ, Inc.
321 South Main Street
Providence, Rhode Island 02903-7108, USA
Phone
+1 / 401 / 453-6368
Fax
+1 / 401 / 453-0444
Email
[email protected]/
MediaSec Technologies GmbH
Berliner Platz 6-8
45127 Essen, Germany
Phone
+49 / 201 / 43752-70
Fax
+49 / 201 / 43752-77
Email
[email protected]
WWW http://www.mediasec.de/
OTLO VR Systeme GmbH
Phone
+49 / 381 / 44035-930
Fax
+49 / 381 / 4444232
Email
[email protected]
WWW http://www.otlo.de/
President
Dr. John D. Coleman
Managing Director
Dr. Eckhard Koch
Managing Directors
Ulf Stelbe
Dr. Nico Günther
Holder of a general power of attorney
Marcus Grimm
Sponsors of the INI-GraphicsNet
Foundation
Polygon Technology GmbH,
Darmstadt, Germany
vrcom GmbH,
Darmstadt, Germany
Polygon Technology GmbH
Rundeturmstrasse 12
Phone
+49 / 6151 / 155-482
Fax
+49 / 6151 / 155-479
Email
[email protected]
WWW http://www.polygon-technology.com/
vrcom Gesellschaft für immersive
Visualisierungslösungen mbH
Mornewegstrasse 28
Phone
+49 / 6151 / 30083-0
Fax
+49 / 6151 / 30083-19
Email
[email protected]
WWW http://www.vrcom.de/
Managing Director
Dr. Peter Neugebauer
Managing Director
Heike Ziegler
State of Hesse, Germany
T-Venture, Germany
Semiotix GmbH,
Darmstadt, Germany
Semiotix GmbH
Rundeturmstrasse 12
Phone
+49 / 6151 / 155-265
Fax
+49 / 6151 / 155-269
Email
[email protected]
WWW http://www.semiotix.de/
Director
Dr. Costas Thiopoulos
State of
Mecklenburg-Vorpommern,
Germany

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