VOXEL-MAN ist ein Pionier im Bereich der medizinischen Visualisierung und Simulation. Das VOXEL-MAN-Projekt am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) begann um das Jahr 1984, als eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Professor Karl Heinz Höhne erste Versuche zur 3D-Darstellung von Knochen aus Computertomographie-Bildern (CT) durchführte. Datenstrukturen, Projektions- und Schattierungsverfahren konnten deutlich verbessert und die ersten klinischen Anwendungen in der kraniofazialen Chirurgie und der Orthopädie realisiert werden.
In der Magnetresonanztomographie (MRT) stellte die Segmentation anatomischer Strukturen – also deren Identifizierung und Kennzeichnung – eine große Herausforderung dar. Die ersten In-vivo-Bilder eines menschlichen Gehirns aus MRT konnten auf dem RSNA 1987 vorgestellt werden. Auf dem folgenden RSNA gab es eine weitere Premiere, diesmal ein schlagendes 3D-Herz (4D-Herz) aus EKG-gesteuertem MRT. Das VOXEL-MAN 3D-Visualisierungssystem wurde später auf einem Siemens Magnetom 63 SP MRT-Scanner implementiert.
Anfang der 1990er Jahre konnte mit dem Paradigma der interaktiven Segmentation eine allgemeine (wenn auch nicht automatische) Lösung für das Segmentationsproblem gefunden werden. Während sich bestimmte klinische Anwendungen wie die 3D-Radiotherapieplanung als erfolgreich erwiesen, verlagerte sich der allgemeine Schwerpunkt auf 3D-Anatomieatlanten. VOXEL-MAN leistete Pionierarbeit bei der Entwicklung einer neuen Art von virtuellem Körpermodell, das räumliches und beschreibendes Wissen über die menschliche Anatomie, Funktion und radiologische Erscheinungsbilder integriert und für die interaktive Erkundung zugänglich macht. Der erste 3D-Anatomieatlas VOXEL-MAN Brain and Skull wurde 1995 veröffentlicht. Das Konzept erwies sich auch außerhalb des medizinischen Bereichs als nützlich, beispielsweise in der Ägyptologie, der Anthropologie und der Veterinärmedizin.
Die Verfügbarkeit der Datensätze des NLM Visible Human Project stellte eine perfekte Ergänzung zu unserer 3D-Atlas-Technologie dar. Die Segmentations- und Visualisierungsmethoden mussten erweitert werden, um vollfarbige 3D-Modelle verarbeiten zu können. Die für solch große Modelle erforderlichen Workstation-Computer waren jedoch für einen breiten Einsatz noch viel zu teuer. Als Lösung wurde ein neues Paradigma entwickelt, die auf vorberechneten Szenen basiert. Diese Arbeiten führten zu den anatomischen Atlanten VOXEL-MAN 3D-Navigator: Gehirn und Schädel, Innere Organe und Obere Extremität (alle erschienen im Springer-Verlag) sowie zu EUS meets VOXEL-MAN, einem Trainingssystem für endoskopischen Ultraschall (veröffentlicht von Hitachi Medical Systems).
Um das Jahr 2000 zeigten Versuche mit den damals neu verfügbaren haptischen Geräten deren Potenzial für medizinische Anwendungen. In enger Zusammenarbeit mit klinischen Partnern wurde ein erster Prototyp eines virtuellen Simulators für die Ohrchirurgie zur Präparation des Schläfenbeins entwickelt, der unübertroffenen visuellen Realismus mit haptischem Feedback verbindet. Im Jahr 2005 etablierte der Dekan der Medizinischen Fakultät die Arbeitsgruppe VOXEL-MAN, und der VOXEL-MAN TempoSurg-Trainingssimulator wurde auf den Markt gebracht.
Im Jahr 2009 konnte die Arbeitsgruppe VOXEL-MAN eine EXIST-Förderung für die Entwicklung eines zahnmedizinischen Simulators einwerben. Diese wurde zur Schaffung einer innovativen Softwarearchitektur genutzt, die die Plattform für alle VOXEL-MAN-Trainingssimulatoren bildet. Im Jahr 2011 wurden die zweite Generation des Simulators für die Schläfenbeinchirurgie namens VOXEL-MAN Tempo und der Zahnpräparationssimulator VOXEL-MAN Dental vorgestellt, später gefolgt von VOXEL-MAN Sinus für die endoskopische Nasennebenhöhlenchirurgie. VOXEL-MAN My Cases zum Importieren klinischer Fälle und VOXEL-MAN 3D Printing zur Erstellung intraoperativer 3D-Modelle bieten eine Schnittstelle zur realen Welt. Die neueste Ergänzung ist VOXEL-MAN Sonography für die Ausbildung im abdominalen und endoskopischen Ultraschall (EUS).
Heute werden die chirurgischen Simulatoren von VOXEL-MAN von führenden Universitäten und Krankenhäusern in aller Welt eingesetzt, von Honolulu im Westen bis Kyoto im Osten und von Trondheim im Norden bis Porto Alegre im Süden. Das wachsende Interesse an unseren Simulatoren spiegelt sich auch in einer beachtlichen Anzahl unabhängiger Validierungsstudien wider.
Das VOXEL-MAN-Simulatorgeschäft wurde im Jahr 2025 verkauft. Ein großer Teil unserer wissenschaftlichen Arbeiten ist allerdings weiterhin öffentlich verfügbar. Das VOXEL-MAN-Team besteht als loser Verbund ehemaliger Mitglieder fort.
Über unsere Namen
Ein Voxel (kurz für Volumenelement) ist die elementare Komponente einer digitalen Repräsentation eines dreidimensionalen Objekts. Der Name VOXEL-MAN wurde bereits für unsere allerersten 3D-Visualisierungssysteme verwendet, möglicherweise inspiriert von einigen damals beliebten Gadgets.
Der Begriff virtueller Körper wurde um 1994 geprägt, als er für die Ausstellung Le corps virtuel im Centre Pompidou in Paris sowie für den Film Professor Röntgen trifft den virtuellen Körper verwendet wurde. Er bezeichnet ein selbsterklärendes computergestütztes Modell eines lebenden Körpers, das auf ähnliche Weise untersucht und behandelt werden kann.