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Since October 10th, Paolo Angelelli is visiting the Visualization Group. Paolo is a Phd student in his final year from the Visualization group in Bergen, Norway. Paolo is interested in the interactive visual analysis of contrast-enhanced Ultrasound data and in the visualization of tubular flow. Paolo stays two weeks and has many discussions with the group members, in particular with Steffen and Sylvia about the investigation of longitudinal, medical and cohort studies.

Steffen Oeltze et al. will present their work on “Interactive, Graph-based Visual Analysis of High-dimensional, Multi-parameter Fluorescence Microscopy Data in Toponomics”. In close cooperation with leading cell biologists and the SimVis team (link zu www.simvis.at) from Vienna, Steffen explored interactive graph visualization techniques and visual analytics techniques to analyze co-occuring proteins and function protein patterns in multi-parameter fluorescence microscopy. This fundamental biological research has potential applications in toxicology and drug development.

Rocco Gasteiger and Mathias Neugebauer will also present their work on “The FlowLens: A Focus and Context Visualization Approach for Exploration of Blood Flow in Cerebral Aneurysms”. Based on an in-depth recherche on relevant hemodynamic attributes, they enable the exploration of blood flow data where attribute pairs are displayed and investigated with flexible lenses. This work is a strongly interdisciplinary effort where medical doctors from neuroradiology provide the necessary medical background and evaluate our techniques and where the simulation group from Prof. Thevenin provides validated simulation data of blood flow in cerebral aneurysms.

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With an excellent presentation, Jeanette nicely rounded up her Phd thesis on the conceptual design of surgical training systems. She developed guidelines for the didactical conception, development, and evaluation of computer based surgical training and learning systems. Together with Konrad Mühler and Kerstin Kellermann, she implemented these guidelines in the development of the LiverSurgeryTrainer and the SpineSurgeryTrainer.
The LiverSurgeryTrainer supports the training of preoperative decisions in liver surgery based on a representative set of case data. The SpineSurgeryTrainer conveys anatomical knowledge, therapeutical options and decision criteria for the planning and training of interventions in spine surgery.
The commission with the reviewers Prof. Marc Hassenzahl and Prof. Winfried Marotzki lead by Prof. Dietmar Rösner assessed her overall achievements with the very good grade “Magna Cum Laude”.

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MAGDEBURG/MZ. Auf dem Computerbildschirm ist ein menschlicher Schädel mit Halswirbelsäule und dem oberen Teil des Brustkorbs abgebildet, neben dem Kehlkopf ist ein gelbes Gebilde zu sehen – ein Tumor. Bernhard Preim kann per Mausklick die dreidimensionale Ansicht in alle Richtungen drehen. “Die Frage ist, ob der Tumor bereits den Kehlkopf infiltriert hat”, sagt der Professor für Informatik an der Universität Magdeburg. Falls ja, müsse der Kehlkopf gemeinsam mit dem Tumor entfernt werden – der Patient könnte dann nicht mehr sprechen.

Preim selbst muss solche Entscheidungen nicht treffen. Aber in seiner Arbeitsgruppe am Institut für Simulation und Grafik ist eine Software entwickelt worden, die Medizinern die Therapie von Tumoren in der Mund-, Hals- und Rachenregion erleichtert. Werkzeug für die Therapieplanung ist der “Tumor-Therapy-Manager”, eine Software, die aus Computertomographie- und Endoskopiedaten dreidimensionale Bilder erzeugt und die jüngst mit einem europäischen Preis für Computergrafik ausgezeichnet wurde.

“Die Software erleichtert den Chirrurgen die OP-Planung, denn sie setzt die vielen Einzelbilder, an denen sich die Ärzte bisher orientieren, zu einem Bild zusammen”, sagt Preim. Eine Herausforderung für die Wissenschaftler war es, die Abstände zwischen dem Tumor und wichtigem Gewebe korrekt darzustellen, erklärt der Informatikprofessor. Sitzt der Tumor etwa zu dicht oder schon im Halswendemuskel, muss dieser mit entfernt werden. Die Folge: Der Patient kann anschließend seinen Arm nicht mehr heben. Die Abwägung zwischen dem Ziel, den Tumor zuverlässig und vollständig zu entfernen und dem Anliegen, umliegendes Gewebe zu erhalten, könne nun aufgrund zuverlässigerer Daten erfolgen. “Ohne Vermessung am Computer können Ärzte sich um 40 bis 60 Prozent, das entspricht bis zu 37 Millimetern, vermessen”, sagt der Informatikprofessor.

Die am Projekt beteiligten Informatiker und Computervisualisten arbeiten bei der Entwicklung der Software eng mit Medizinern der Universitätsklinik in Leipzig zusammen. “Wir sind nach Leipzig gefahren, haben die Arbeitsabläufe von der Aufnahme der Patienten bis hin zur Bestrahlungstherapie angeschaut und überlegt, wo wir die Arbeit der Mediziner unterstützen können”, sagt Jana Dornheim, die in Magdeburg Computervisualistik studiert hat.

“Der erste Schritt war, den Arbeitsalltag der Mediziner zu verstehen”, sagt die 32-Jährige. Jana Dornheim und ihr Mann Lars Dornheim haben sich vor drei Jahren mit der Firma “Dornheim Medical Images” selbstständig gemacht. Sie ist Projektpartner bei der Entwicklung des “Tumor-Therapy-Managers”.

Seit rund neun Jahren arbeiten die Wissenschaftler an dem Projekt. 2006 wurde das erste Modell vorgestellt. “Die Mediziner haben ihn unter anderem für die Patientenaufklärung benutzt, weil die Darstellungen der Software auch für Laien sehr anschaulich sind”, sagt Jana Dornheim. Zwei Jahre später wurde der erste professionelle Prototyp ausgeliefert, der für die OP-Planung eingesetzt werden kann. “Seit 2008 sind mehr als 100 Operationen mit der Software geplant worden”, sagt Preim.

Eigentlich, so Jana Dornheim, bestehe der “Therapy-Manager” aus zwei Produkten. Neben dem Programm zur Therapie- und OP-Planung ermöglicht die Software auch die Dokumentation der Therapieentscheidung. “Bisher wird die Lage und Größe des Tumors von Hand in sechs schematische Ansichten der Halsregion eingezeichnet”, sagt Jana Dornheim. Das Magdeburger OP-Programm erstelle diese Dokumentation nun mit genaueren Bildern.

Derzeit werde die Markteinführung geplant, die wahrscheinlich gemeinsam mit einem Medizingerätehersteller erfolgen soll, sagt Preim. Die Forscher arbeiten aber auch weiter an den Funktionen der Software. Eines der nächsten Projekte könnte die Planung von Bestrahlungstherapien mit dem “Therapy-Manager” sein.

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This year’s Eurographics / IEEE Symposium on Visualization (EuroVis2011) takes places in Bergen, Norway during June 1–3. With all in all 54 accepted submissions, the acceptance rate for EuroVis 2011 was a little less than 29%. We are proud to announce that our two submissions have been approved for (1.) presentation at EuroVis, and (2.) for publication in a special issue of the journal Computer Graphics Forum (CGF).

Alexandra Baer, Rocco Gasteiger, Douglas Cunningham, and Bernhard Preim, “Perceptual Evaluation of Ghosted View Techniques for the Exploration of Vascular Structures and Embedded Flow”

Mathias Neugebauer, Gabor Janiga, Oliver Beuing, Martin Skalej and Bernhard Preim, “Anatomy-Guided Multi-Level Exploration of Blood Flow in Cerebral Aneurysms”

A team consisting of our external Phd students Ivo Rössling, Jana and Lars Dornheim and our cooperation partners at the University Hospital Leipzig (Andreas Boehm) will be awarded with the Eurographics Medical Prize, named after Dirk Bartz, the pioneer of medical visualization. The work entitled “The Tumor Therapy Manager and its Clinical Impact” receives the first price. The jury honoured this work because of its nice integration of relevant techniques and its proven clinical value. The price will be given at the Eurographics main conference in April and is donated with 500 €.

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Since January 3rd, Ralph Brecheisen is with the Visualization Group. Ralph is a Phd student in his final year from the Biomedical Image Analysis group in Eindhoven. Ralph is interested in DTI and uncertainty visualization in fiber tracking but also more general in quantification and 3D interaction. Ralph stays four weeks and has many discussions with all group members, in particular with Rocco and Mathias about blood flow data since there is also a lot of postprocessing involved and interaction is challenging.

The German textbook “Interaktive Systeme” is now ready and can be delivered. It is a comprehensive introductory textbook which covers basics from psychology, GUI design and information visualization with a mixture of theories, guidelines and real-world examples. The book should serve as companion material for a Bachelor course on HCI but also contains material primarily aiming at usability professionals.

Corinna Vehlow yesterday finished her study of Computational Visualistics with an excellent defense of her Master thesis “Visualization Toolkit for Contact Density Potentials within Amino Acid Neighborhoods in Protein Structures”. She carried out her Master project at the Max-Planck-Institute for Molecular Genetics in the Bioinformatics/Structural Proteomics group headed by Dr. Michael Lappe. Her work aims at supporting prediction of the folding of protein structures. As a prerequisite, Corinna had to dive deeply in molecular cell biology to understand the chemical and spatial structure of proteins as well as their function. She also had to understand, not only the basics, but also current research questions and to derive requirements for her tool. The core of the thesis is the design and development of a toolkit which incorporates assumptions and probabilities for interactions between amino acid residues. The 3D information was projected in a Contact Map which supports the investigations of biologists. Informal feedback of the users clearly indicates that additional insights are gained with her toolkit. A journal paper summarizing the major results is currently under review. Her thesis, written in excellent English, was graded with 1.0 from both reviewers.

With an excellent presentation Konrad nicely rounded up his Phd thesis on computer-assisted surgery. Konrad developed and refined techniques for animation, viewpoint determination and annotation of 2d slices and 3d models thus supporting the use of 3d models for surgical education and training. Together with Christian Tietjen he integrated his development in the METK – an efficient extension to Mevislab which supports the fast development of surgical applications. A major achievement of his work was the concept and realization of the LiverSurgeryTrainer – a system which directly supports the training of preoperative decisions in liver surgery based on a representative set of case data.

The commission with external reviewers Prof. Thomas Ertl and Prof. Karl-Heinz Höhne lead by Prof. Dietmar Rösner assessed his overall achievements with the best possible grade “Summa Cum Laude”.