Gyri, Sulci et Arteriae

Eine bildhauerisch-digitale Umsetzung des Gehirns

Digitale Visualisierungen sind aus der Neurochirurgie nicht mehr wegzudenken. Bilder, 3D-Modelle und andere digitale Daten werden in den Operations-Prozess eingebettet, um diesen zu optimieren und ihn präziser und sicherer zu gestalten.

Das Gehirn ist der Sitz unseres Bewusstseins und verantwortlich für unsere Gefühle und unser Verhalten. Es ermöglicht uns, zu atmen, zu denken und zu sprechen. Ohne das Gehirn wäre das Leben, wie wir es kennen, nicht möglich. Die Faszination für dieses komplexe Organ und seine vielfältigen Funktionen inspirierten mich zu dieser Arbeit.

Das Projekt stellt die makroskopische Anatomie der Arterien und deren Beziehung zu den Gehirnstrukturen in den Fokus.  Das erstellte digitale 3D-Modell des menschlichen Gehirns zeigt ein komplexes Aneurysma (Aussackung an den Arterien) in der sogenannten Sylvischen Furche, einer Region im Schläfenbereich des Gehirns. Mittels des 3D-Modells können Bilder generiert werden, welche die Anatomie des Gehirns zur Planung eines möglichen Operationsablaufs veranschaulichen. Das Modell dient somit einerseits als Werkzeug für ein besseres Verständnis der komplexen Gehirnstrukturen als auch zur Planung von Operationen für angehende Neurochirurg*innen.

Das Modell entsteht in Zusammenarbeit mit Dr. Lucius Fekonja von der Universitätsklinik Charité in Berlin. Mit Hilfe von Neuro-Atlanten und 3D-Software habe ich mich an die räumlichen Strukturen des Gehirns herangetastet, um diese möglichst korrekt und präzise zu erfassen und in einer abstrahierten Form als Prototypen wiederzugeben. Das Modell und die daraus generierten Bilder lassen sich als Bildserien oder Animationen für interaktive Anwendungen einsetzen.

Begriffserklärung
Diese Arbeit behandelt das menschliche Gehirn als Ganzes - fokussiert aber auf die Zerebrovaskuläre Anatomie - also die Anatomie der Gefässe im Gehirn. Noch spezifischer behandelt sie die Lokalisation, Zugänglichkeit und Behandlung von komplexen Aneurysmen im Gehirn. Aneurysmen sind Aussackungen an den Arterien. Von komplexen Aneurysmen ist die Rede wenn sie mehrere Arterien betreffen, beispielsweise an einer Bifurkation (Gabelung).

Durch das Aneurysma droht eine Ruptur (Platzen), welche eine Hirnblutung zur Folge hätte. Ebenfalls besteht die Gefahr durch das Bilden von Thromben (Blutgerinnsel oder Blutverklumpung). Diese können vom Aneurysma in den Blutkreislauf gelangen und somit durch das Verstopfen der Arterien, einen Hirnschlag verursachen. Aneurysmen sind in der Regel Zufallsbefunde.

MODELLIERUNG

Alles fing mit einer Kugel an...
Das Modell wurde grösstenteils mit dem Programm ZBrush und einem Grafiktablett erstellt. Das Grafiktablett ist druckempfindlich, das hat den Vorteil, dass man viel differenzierter und feiner arbeiten kan. Weitere Bearbeitungen folgten in Cinema 4D. Folgende Bildserie zeigt einen Überblick vom Modellierungsprozess. Grundsätzlich gilt: man tastet sich vom Groben ins feine an die Form heran. Es lässt sich also mit dem Prozess einer Zeichnung und einer Skizze vergleichen.

Es sind insgesamt fast 100 Screenshots entstanden, welche den Modellierungsprozess von A-Z zeigen.  Die Bildserie ist chronologisch geordnet. 

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GESTALTUNG

Probieren geht über Studieren
Selten klappt im 3D-Rendering etwas von Anfang an. Es muss immer wieder getestet und in den Einstellungen angepasst werden. Das Rendering (Berechnung der Bilder durch eine Software) der Bilder wurde mit Cinema 4D durchgeführt. Es werden Aspekte wie das Zusammenspiel von Licht und Schatten, Materialität, Farben, Ausschnitte und Räumlichkeit untersucht.

Licht
Die Beleuchtung ist vor allem funktional und auch den Konventionen entsprechend installiert worden. Eine grosse Lichtquelle von oben Links. Mit zusätzlichen Lichtquellen wurden Bereiche, welche zu dunkel waren aufgehellt. Es wurde auch mit Akzentlichtern experimentiert - beispielsweise mit einem bläulichen Licht auf der rechten Seite.

Material
Für die Materialität musste am meisten experimentiert werden. Es sollte nicht wie Plastik aussehen. Ebenso wenig sollte es zu matt wirken. Aber es sollte auch nicht das Fleisch imitieren. Es sollte eine eigene formbezogene Materialität verkörpern. Die Formen des Modells sollten klar erscheinen und den Charakter des Modells wiederspiegeln.

Farben
Generell habe ich mich an die Farbkonventionen der Medizin gehalten. Die wichtigen Elemente wie Arterien wurden gesättigter dargestellt, die weniger wichtigen eher sanft und hell. Es sollte eine sachliche Ruhe herrschen. Eine Besonderheit stellt dabei die Farbe des Bypass mit der Fliederfarbe. Arterien werden normalerweise rot und Venen blau dargestellt. Da der Bypass allerdings eine Vene ist, durch welche aber arterielles Blut fliesst, wurde eine Mischfarbe der beiden Farbtöne Rot und Blau gewählt. 

Anomalien
Während der Arbeit am PC sind unter anderem spannende Anomalien entstanden. Sie kommen zustande, wenn man Parameter in den Programmen falsch definiert. So lassen sich ungeahnte Dinge entdecken, mit welchen man durchaus weiterarbeiten und an welchen man aufbauen kann. Beispielsweise der Durchscheineffekt vom Bild ganz links wurde in einem der finalen Bilder übernommen und umgesetzt.

Ausschnitte
Die Ausschnitte sind funktional gewählt. Sie sollten eine gute Übersicht über eine Situation geben. Es sollten keine wichtigen Strukturen überdeckt oder angeschnitten werden. Es war natürlich nicht immer möglich alles perfekt zu zeigen - da kommen allerdings die Stärken des digitalen Arbeitens zum Vorschein: Man kann in die Modelle eingreifen und diese manipulieren. Das 3D-Medium ist somit sehr flexibel in der Handhabung.