应用案例

维尔康奈尔医学院的3D沉浸式技术帮助开创生物医学研究视觉新高度

Download Full Case Study
For immediate access to this Christie Case Study, please enter your name and email below:

科视Christie CAVE™为更具针对性的研究铺平道路

世界著名的医学和生物医学研究中心有望研究出伟大的成果。位于奥瓦里--塔拉--阿杜拉西斯-沃苏王子殿下计算机生物医学研究院的戴威德科弗里生物医学信息中心采用了3D沉浸式技术。研究院的研究人员在该技术帮助指导下在大量不同的领域中进行探索发现,从对短时记忆背后的机理提出新见解到阐明柯卡因和多巴胺如何在细胞转运蛋白中的 神经递质进行合成,再到收集瘾君子父母的孩子大脑结构发育中有价值的纵向数据。

纽约维尔康奈尔医学院成立于1898年,现在的纽约长老教会医院是它的附属医院,是美国顶级临床和医疗研究中心。除提供医学学位外,维尔康奈尔还在维尔康 奈尔医学研究生院设置有生物医学研究和教育博士学科点。维尔康奈尔与相邻的洛克菲勒大学和纪念斯隆-凯特琳癌症中心合作组建了医学博士学科点,让学生们强 化他们对教育、研究和病人护理三重任务的追求。这几个机构一起组建了一个专业面广的三院联合研究企业。

维尔康奈尔医学院的计算机生物医学研究院的目的是在生物科学中实现计算机方法,如基因研究、分子建模、生物信息以及系统生物学。

为此,技术管理团队与研究人员合作,取得下一代数据采集工具(如MRI和共焦显微镜)生成的3D数据集以及学院的超级计算机上计算生成的数据集,并将它们 呈现在沉浸式3D环境中。结果得到了可以给研究带来新视角的科学的可视化-在那里,研究人员可以非常快速地分析并得出结论,这用传统的研究方法是不可能实 现的。分析2D信息(如片段数据)会耗费几天、几周或几个月的研究时间,还不一定能得到同样全面的结论。

我们采集数据集并以桌面上无法实现的方式将它们呈现出来。这可帮助您想象出以其它方式怎么也无法想象的事情,因为您极其快速地得到巨大的图像,无 需从无联系的信息片段进行推测,”ICB的系统管理员Vanessa Borcherding解释道。一名研究人员可以将一个试验模型带到3D空间进行共享、教学和合作。可得到广阔的视野,并看见详细的相互联系。采用沉浸 式技术和可视化,您可以挑战帮助进一步理解的假设和总体发现过程。

图像科学在医学的各种领域起着越来越重要的作用。维尔康奈尔可视化实验室是世界上第一个高清3D虚拟逼真环境。它使用目前超高分辨率融合的图像,投射在三 面墙和一个配套层上。由主要使用者佩戴的互动跟踪装置与手持式电子操纵杆配合操纵图像,让多名研究人员同时在三维数据集或结构中遨游。他们能够以几乎 无限的视角探索和操纵自己的模型,体验一种使用计算机桌面无法匹敌的无与伦比的沉浸感。

CAVE内,图像非常出众。数据模型的各个角度的高清视图环绕着研究人员。轻轻地动一下手腕就可改变图像。图像的元素被分层堆积在一起、分隔开来并选择 性地从屏幕上完全移走,以揭示相互之间的连通性。点击一下就可放大图像,直到科学家真实地站在他们的数据里面,能够在用其它方法永远也看不到的景色和通道 中穿行。它是对技术无与伦比地使用,已经引起了其它几个医学院校的兴趣,他们正在考虑投资类似的技术。

来自维尔康奈尔医学院和哥伦比亚医疗中心的一个研究团队合作进行一项科学研究,利用ICBCAVE来确定抗抑郁药品、柯卡因和安非他明怎样与脑细胞交相 感应。研究人员说:他们的突破性研究可能会为大批精神疾病的治疗提供更有针对性的药物治疗铺平道路,尤其是成瘾方面的疾病。

这些发现非常清楚,详细到了分子行为的级别,它们对揭示情绪失调和神经现精神疾病的更有效的治疗非常有价值。

为了扩充能力以研究大脑,科学应用专家Luis Gracia博士使用哈佛开发的软件创建了一个全自动数据管线来拍摄2D MRI图像或片段,并将它们重显为全分段的3D电脑视图。可以将生动的图像进行扭曲和转动,并可为了靠近观察而放大到特别大的尺寸,以至于人被淹没在大脑 各区的色彩缤纷的、详细分段视图中。从这种虚拟模型中,研究人员仍能找出大脑发育不全的区域。

采集2D数据并将其转换成3D物体以快速作出决定的能力是此实验室特有的,”Borcherding评论道。它是做事情的更自然、直觉的方法。使用 2D技术,您得不到对数据的身临其境的感觉确切地说是在您的数据中漫游的能力。它是不可思议的漂亮迷人的可视化方法。

维尔康奈尔的科弗里中心是生物医学研究机构中唯一的这类实验室。可视化中心从基础开始设计,其创建主要归功于David Cofrin博士的慷慨捐助,他与Harel Weinstein博士具有同样的想法,想建造一个实验室以一种其它方式无法实现的方式对信息进行可视化,Weinstein博士是生理学和生物物理学 Maxwell M. Upson教授以及生理学和生物物理学系的主任,也是该研究院的院长。可视化中心是奥瓦里--塔拉--阿杜拉西斯-沃苏王子殿下计算机生物医学研究院 中的科弗里生物医学信息中心的一部分。

实验室的沉浸式CAVE(计算机辅助虚拟环境)由8台科视Christie Mirage HD3投影机投射-是行业中第一个具有主动立体能力的默认1920x1080 HD分辨率3片式DLP?投影机。这种投影机分辨比以前的投影技术高41%,可输出超级3D图像,用于分子建模和生物医学研究的其它数据密集领域。

CAVE分辨率非常高-每个融合幕墙的象素数为1920x1920,整个CAVE可解析多达14.74M象素。采用极其小巧的设计,总占地面积(包括出入 留余地)为25英尺宽X20英尺深X11.5英尺高。每个幕墙两台投影机,利用科视Christie Twist™融合技术和科视Christie的备选黑夜景观光学融合创造无缝密合的图像。系统使用100%数字信号传输,视频信号路由全部通过Cat-5e完成,可让信号 从数据中心发送出去,设施对其影响极小。

科视Christie在安大略省基奇纳的制造工厂中对此解决方案进行了全面筹备。在筹备好解决方案、复制好图像发生器且安装好客户配置软件后,邀请维尔康奈尔进行工厂验收,在将CAVE发给他们前进行查看和试用。

生理学和生物物理学系的研究人员Zeynep Hulya Gumus博士(其著作烟草烟影响的基因表达和口腔黏膜白斑病细胞模型中细胞通路发表在《癌症防止研究》杂志20084月创刊号上)正在利用沉浸式 可视化深入进行自己的工作。与生理学系助理教授和技术工程师以及管理CAVE实验室的技术管理团队主管Jason Banfelder合作,她正在利用BanfelderICB其它成员编写的专用应用程序来帮助搞清楚生物网络可以创造的大量混乱的数据的含义。

用于基因和蛋白质的分子交互作用网络是我们理解正常细胞活动以及患病状态的基础,在药物发现和生物标志识别有重要的用途。

大而复杂的生物网络的可视化在技术上具有挑战性,但回报也是相当大的,因为有效的可视化方法可以带来对生物医学研究中复杂的机理的全面、直观和融 会贯通的理解,缩短发现和诊断所用的时间。我们正在进行的研究是用CAVE技术解决这个困难,以使我们能够识别大的交互作用网络的要素,展现对基本生物的 洞察力,并建议潜在的药物目标。

作为世界著名的医学和生物医学研究中心,维尔康奈尔医学院的战略定位是培养未来的医生和科学家。研究生院招生和员工招聘是维尔康奈尔的重要任务。由 于在其可视化中心有了高清3D沉浸技术,学院提高了吸引高素质学生和研究人员的能力,提供了在生物医学发现领域的进行合作和将成果应用到医疗中的更多的机 会。

·      客户:维尔康奈尔医学院奥瓦里--塔拉--阿杜拉西斯-沃苏王子殿下计算机生物医学研究院

·      地点:纽约

·      行业/市场:生物医学研究

·      要求:

需要高分辨率图像来观看大量体积、空间和拓扑数据集

要求适合无比狭小的空间

·      概述:

4个表面沉浸式环境,包括配套层

81920x1080科视Christie Mirage HD3投影机

每个幕墙328万像素

利用科视Christie Twist™精确、无缝边缘融合

SXGA分辨率高41%

跟踪和交互设备,增强数据存在感

·      结果:

一流的3D科学研究图像,包括分子建模、MRI和共聚焦图像重建和基因图谱建模

快速、正确的决策制定

与数据集更自然、更直观的交互方法

全面了解生物医学研究复杂机理

缩短新发现的时间

提供独特的合作环境,帮助教学和探索过程

 

Quick Facts

  • 客户:
    维尔康奈尔医学院奥瓦里--塔拉--阿杜拉西斯-沃苏王子殿下计算机生物医学研究院
  • 地点:
    纽约
  • 行业/市场:
    生物医学研究