Vologram : handgemachte Volumsphysikalisierungen für die Ausbildung : educational craftworks for volume physicalization

Abstract

Long before the onset of computer technology, anatomical sculptures were already used foreducational purposes. Digital imaging technology and its incorporation into the clinicalworkflow through the advancements of medical visualization led to a steady decline inthe use of sculpture-based teaching aids. Currently, anatomical volume visualizationsare predominantly presented on computer screens. Recent developments in augmented,mixed, and virtual reality offer new, exciting ways to digitally display medical imagingdata. In recent years, the application of real-world sculptures to display patient imagingdata has seen a resurgence through the field of data physicalization. Predominantly, ithas been used to enhance the education of medical personnel and laymen through the useof physical models. Expensive 3D printing technology is often employed in the creation ofhigh fidelity anatomical sculptures, with realistic look-and-feel. However, few approachesmake use of affordable physicalizations in the field of layman anatomical education.In the course of this thesis different ways to introduce self-made, custom physicalizationsinto layman medical education are explored. We propose a suitable concept,the Vologram, to display medical volume data in a visually appealing way for medicalnon-experts. This takes the form of slide-based sculptures, made out of affordable materialsavailable to the general public with a high degree of interactivity, and can beproduced through commonly available means. To support a customizable workflow inthe creation of these sculptures, we provide a stand-alone desktop application, whichallows layman users to create custom educational sculptures. Real medical imaging datacan be filtered and displayed in different ways, delivering optically diverse results. Weevaluate the concept in a small scale study, to determine the effect of interactive medicalvisualizations as opposed to physicalizations on the target audience. The results of thisstudy point to a great potential for the application of interactive educational conceptsfor layman anatomical education.

Bereits lange vor der Verbreitung von Computertechnologien wurden anatomische Skulpturen oft zu Lehrzwecken eingesetzt. Die fortschreitende Entwicklung digitaler bildgebender Verfahren und medizinische Visualisierung haben zu einer Verdrängung von Skulpturen in der medizinischen Ausbildung geführt. Heute findet medizinische Visualisierung hauptsächlich auf Computerbildschirmen statt. Jüngste Entwicklungen in den Bereichen virtuelle, erweiterte und gemischte Reality bieten neue, interessante Möglichkeiten für die Darstellung medizinischer Bilddaten. In den letzten Jahren hat die Nutzung von physikalischen Skulpturen zur Visualisierung von Patientendaten durch das Feld der Datenphysikalisierung neue Beliebtheit erlangt. Im medizinischen Bereich wurde dabei vor allem versucht, die Ausbildung von Fachpersonal und Laien zu unterstützen. Dabei wird oft teure 3D-Druck-Technologie verwendet, um detailgetreue, realistische anatomische Modelle zu erzeugen. Es existieren jedoch wenige Anwendungen, um diese Konzepte in leistbarer Form für Laienausbildung zu verwenden. Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden verschiedene Wege erforscht, um selbstgebaute, personalisierte Physikalisierungen zur anatomischen Fortbildung medizinischer Laien einzusetzen. Wir stellen das Vologram Konzept vor, als passenden Kandidaten, um medizinische Bilddaten auf eine ansprechende Art für Nichtmediziner darzustellen. Dies geschieht in der Form von Folien-basierten Skulpturen. Diese können aus leistbaren und zugänglichen Materialien mit konventionell verfügbaren Mitteln hergestellt werden und erlauben einen hohen Grad von Interaktivität. Um einen anpassungsfähigen Workflow zum Erstellen dieser Figuren zu unterstützen, bieten wir eine Desktop-Applikation, die es medizinischen Laien ermöglicht, ihre eigenen, personalisierbaren Skulpturen zu erzeugen. Reale medizinische Bilddaten können damit gefiltert und auf verschiedene Arten dargestellt werden, um eine Vielzahl an optisch unterschiedlichen Resultaten zu liefern. Das Konzept wird in einer Studie im kleinen Rahmen evaluiert, um die Wirkung von interaktiven medizinischen Visualisierungen und Physikalisierungen auf das Zielpublikum abzuschätzen. Die gesammelten Resultate deuten auf ein großes Potential für den Einsatz interaktiver Fortbildungskonzepte für die anatomische Ausbildung medizinischer Laien hin.