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Aufsätze
DOI Artikel:Säring, Dennis; Käsemann, Philipp; Scheuermann, Sascha; Jopp-van Well, Eilin; Wilkinson, Caroline; Jopp-van Well, Eilin; Säring, Dennis; Käsemann, Philipp; Scheuermann, Sascha: Computergestützte Schädelrekonstruktion der Moorleiche "Moora" - von der digitalen CT-Bildsequenz bis zur fertigen Replik
DOI Seite / Zitierlink:https://doi.org/10.11588/diglit.68699#0123
Dennis Säring, Philipp Käsemann, Sascha Scheuermann, Eilin Jopp-van Well
119
Abb. 5 Positionierung von Os frontale und Maxilla rechts an den
angepassten Atlas (weiß/transparent).
Virtuelle Konferenz zur interaktiven Rekonst-
ruktion der Modelle
Wie beschrieben, diente die initiale Positionie-
rung als Basis für die vollständige Rekonstruktion.
Die Rekonstruktion verformter Objekte ist ohne
Kenntnis über deren Urzustand ein Prozess, der
eine Vielzahl an unterschiedlichen Ergebnissen
zur Folge haben kann. Neben der Verwendung von
anatomischen Norminformationen wurde daher
eine Gruppe von Fachleuten aus unterschiedlichen
Disziplinen in die Arbeiten eingebunden. Um den
zeitlichen Aufwand für die Beteiligten möglichst
gering zu halten, sollte ein Verfahren gefunden
werden, an dem alle synchron online am virtuel-
len 3D-Modell arbeiten konnten. In der Medizin
werden zu diesem Zweck Teleradiologiesysteme
für die gemeinsame Befundung von 2D-Bildda-
ten eingesetzt. Eine Darstellung und Interak-
tion mit 3D-Oberflächenmodellen ist in diesen
Systemen aber häufig nicht integriert. Die Firma
medico-tec GmbH hat daher eine eigene online-
Plattform entwickelt, die es ermöglicht Oberflächen-
modelle von mehreren Personen zeitgleich via Inter-
net betrachten und besprechen zu können. Dabei ist
es jedem Teilnehmer möglich, so genannte Marker
auf der Oberfläche zu setzen und diese mit einem
kurzen Text zu versehen (Abb. 6).
Methoden zur Rekonstruktion stark defor-
mierter Fragmente
Die auf Basis der Segmentierung generierten Ober-
flächenmodelle besitzen durch die hohe räumliche
Auflösung der CT-Daten eine hohe Anzahl an so
genannten Polygonen zur detaillierten Darstellung
der Oberfläche. Durch den hohen Speicherbedarf
dieser Modelle ist eine interaktive Bearbeitung
häufig nicht in Echtzeit möglich. Daher wurden
im Rahmen dieser Arbeit aktuelle Methoden zur
Reduktion der Polygone unter Erhaltung von Form
und Volumen zur Handhabung der Daten mit opti-
miertem Speicheraufwand eingesetzt. Das Ergeb-
nis dieser Optimierung sind so genannte low-poly
Oberflächenmodelle. Durch den geringeren Spei-
cherbedarf wird es möglich, interaktiv komplizierte
morphologische 3D-Verformungen zur Rekonstruk-
tion unter Anwendung scriptgesteuerter Module und
von medico-tec GmbH entwickelter Softwareverfah-
ren durchzuführen. Hierbei mussten zunächst die
fehlenden Segmente unter Verwendung von Atlanten
ersetzt werden. Abbildung 7 zeigt die beiden größten
Segmente, die in diesem Schritt aus Referenzmo-
dellen erzeugt und an den vorliegenden Schädel der
Moorleiche angepasst wurden.
Fertigung einer Replik auf Basis der
rekonstruierten Modelle
Überführung der virtuellen Datensätze in die
Realität mittels Rapid Prototyping
Vor dem eigentlichen physikalischen Bau der Replik
mussten die rekonstruierten 3D-Modelle finalisiert
werden. Dabei wurden die generierten Oberflächen-
modelle unter Berücksichtigung von Normwerten
aus rezenten Vorlagen um 18% vergrößert, um die
Schrumpfung von Knochen bei einer Lagerung im
Moor sowie der nachfolgenden Austrocknung auszu-
gleichen. Anschließend erfolgte ein Import der finali-
sierten 3D-Modelle in die Maschinenanwendung und
die darauf aufbauende Herstellung der Repliken von
„Mooras“ Schädel im Rapid Prototyping Verfahren
(Abb. 9,10). Die dabei verwendete Maschine erlaubte
neben der Möglichkeit des Farbausdruckes auch
durch eine Auflösung von 0,086 mm Schichtdicke
eine sehr hohe Genauigkeit beim Bau der Schädel-
strukturen, die unterhalb der in-plane Schichtau-
flösung der CT-Datensätze liegt (Abb. 8). Nach dem
Druck musste die Oberfläche der Replik ebenfalls
finalisiert werden. Dabei wurde mit einem speziellen
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Abb. 5 Positionierung von Os frontale und Maxilla rechts an den
angepassten Atlas (weiß/transparent).
Virtuelle Konferenz zur interaktiven Rekonst-
ruktion der Modelle
Wie beschrieben, diente die initiale Positionie-
rung als Basis für die vollständige Rekonstruktion.
Die Rekonstruktion verformter Objekte ist ohne
Kenntnis über deren Urzustand ein Prozess, der
eine Vielzahl an unterschiedlichen Ergebnissen
zur Folge haben kann. Neben der Verwendung von
anatomischen Norminformationen wurde daher
eine Gruppe von Fachleuten aus unterschiedlichen
Disziplinen in die Arbeiten eingebunden. Um den
zeitlichen Aufwand für die Beteiligten möglichst
gering zu halten, sollte ein Verfahren gefunden
werden, an dem alle synchron online am virtuel-
len 3D-Modell arbeiten konnten. In der Medizin
werden zu diesem Zweck Teleradiologiesysteme
für die gemeinsame Befundung von 2D-Bildda-
ten eingesetzt. Eine Darstellung und Interak-
tion mit 3D-Oberflächenmodellen ist in diesen
Systemen aber häufig nicht integriert. Die Firma
medico-tec GmbH hat daher eine eigene online-
Plattform entwickelt, die es ermöglicht Oberflächen-
modelle von mehreren Personen zeitgleich via Inter-
net betrachten und besprechen zu können. Dabei ist
es jedem Teilnehmer möglich, so genannte Marker
auf der Oberfläche zu setzen und diese mit einem
kurzen Text zu versehen (Abb. 6).
Methoden zur Rekonstruktion stark defor-
mierter Fragmente
Die auf Basis der Segmentierung generierten Ober-
flächenmodelle besitzen durch die hohe räumliche
Auflösung der CT-Daten eine hohe Anzahl an so
genannten Polygonen zur detaillierten Darstellung
der Oberfläche. Durch den hohen Speicherbedarf
dieser Modelle ist eine interaktive Bearbeitung
häufig nicht in Echtzeit möglich. Daher wurden
im Rahmen dieser Arbeit aktuelle Methoden zur
Reduktion der Polygone unter Erhaltung von Form
und Volumen zur Handhabung der Daten mit opti-
miertem Speicheraufwand eingesetzt. Das Ergeb-
nis dieser Optimierung sind so genannte low-poly
Oberflächenmodelle. Durch den geringeren Spei-
cherbedarf wird es möglich, interaktiv komplizierte
morphologische 3D-Verformungen zur Rekonstruk-
tion unter Anwendung scriptgesteuerter Module und
von medico-tec GmbH entwickelter Softwareverfah-
ren durchzuführen. Hierbei mussten zunächst die
fehlenden Segmente unter Verwendung von Atlanten
ersetzt werden. Abbildung 7 zeigt die beiden größten
Segmente, die in diesem Schritt aus Referenzmo-
dellen erzeugt und an den vorliegenden Schädel der
Moorleiche angepasst wurden.
Fertigung einer Replik auf Basis der
rekonstruierten Modelle
Überführung der virtuellen Datensätze in die
Realität mittels Rapid Prototyping
Vor dem eigentlichen physikalischen Bau der Replik
mussten die rekonstruierten 3D-Modelle finalisiert
werden. Dabei wurden die generierten Oberflächen-
modelle unter Berücksichtigung von Normwerten
aus rezenten Vorlagen um 18% vergrößert, um die
Schrumpfung von Knochen bei einer Lagerung im
Moor sowie der nachfolgenden Austrocknung auszu-
gleichen. Anschließend erfolgte ein Import der finali-
sierten 3D-Modelle in die Maschinenanwendung und
die darauf aufbauende Herstellung der Repliken von
„Mooras“ Schädel im Rapid Prototyping Verfahren
(Abb. 9,10). Die dabei verwendete Maschine erlaubte
neben der Möglichkeit des Farbausdruckes auch
durch eine Auflösung von 0,086 mm Schichtdicke
eine sehr hohe Genauigkeit beim Bau der Schädel-
strukturen, die unterhalb der in-plane Schichtau-
flösung der CT-Datensätze liegt (Abb. 8). Nach dem
Druck musste die Oberfläche der Replik ebenfalls
finalisiert werden. Dabei wurde mit einem speziellen