Im Rahmen des European Digital Art and Science Network haben das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS, Bremen, Deutschland, und Ars Electronica ein Artist-in-Residency-Programm erstellt: Ein Künstler oder eine Künstlerin bekommt für mehrere Wochen die Möglichkeit zunächst bei Fraunhofer MEVIS eng mit den ForscherInnen zusammenzuarbeiten. Anschließend geht es für zwei bis vier Wochen weiter nach Linz zur Ars Electronica. Dort hat der Künstler oder die Künstlerin Zugang zu den neuesten technischen Produktionsmitteln in einem interdisziplinären Umfeld.
Die aktuelle Artist-Residency „STEAM Imaging“ ging im März 2017 an die taiwanische Medien- und Soundart-Künstlerin Yen Tzu Chang. Neben ihrer engen Zusammenarbeit mit ForscherInnen des Fraunhofer MEVIS, und den Technologie-ExpertInnen des Ars Electronica Futurelab ist das Einbeziehen von Schülern und Schülerinnen in Form eines Workshops während der Artist-Residency ein wichtiger Teil des Projekts.
Der Workshop verbindet technische Verfahren der medizinischen Bildverarbeitung und Klangkunst. Er richtet sich an MINT-SchülerInnen, die zudem an Kunst interessiert sind. Konzipiert wurde der Workshop von Sabrina Haase, Mathematikerin bei Fraunhofer MEVIS, Bianka Hofmann, Leiterin der Unternehmenskommunikation bei Fraunhofer MEVIS und der Artist-in-Residency Yen Tzu Chang. Der Workshop hat im März zunächst in Bremen stattgefunden und dann am 8. und 9. Juni 2017 in Linz, im Ars Electronica Center. Zu diesem Anlass haben wir mit Sabrina Haase, die den Workshop zusammen mit Yen Tzu Chang, geleitet hat, gesprochen.
Sabrina Haase leitet den MINT-Workshop. Sie erläutert die Basics der medizinischen Bildverarbeitung. Credit: Martin Hieslmair
Ganz kurz zum Einstieg: was tut Fraunhofer MEVIS und woran arbeiten Sie dort?
Sabrina Haase: Hauptsächlich entwickeln wir Software für MedizinerInnen zur bildgestützten Früherkennung, Diagnose und Therapie von Krebsleiden und von Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems, des Gehirns, der Brust, der Leber und der Lunge. Ziel unserer Arbeit ist es, Krankheiten früher und sicherer zu erkennen, Behandlungen individuell auf die Patientin oder den Patienten zuzuschneiden und Therapieerfolge messbar zumachen.
Ich selbst bin dort als Mathematikerin tätig und arbeite im Bereich biophysikalische Modellierung und Simulation. Außerdem leite ich MINT-Workshops.
Das STEAM Imaging Projekt des Fraunhofer MEVIS verbindet computergestützte Medizin mit Bildung und Kunst. Daher sollte von Anfang an ein Workshop für SchülerInnen Bestandteil sein. Wie wurden die Schulklassen ausgewählt, die an diesem Workshop-Experiment teilnehmen dürfen?
Sabrina Haase: Für den ersten Workshop in Bremen haben wir LehrerInnen aus den Bereichen Kunst und Mathematik angesprochen. Zu denen hatten wir schon aus vorherigen Projekten Verbindung. Diese haben uns dann einzelne talentierte und interessierte SchülerInnen aus ihren Klassen empfohlen, die wir dann in Kooperation mit der Fraunhofer-Talent-School Bremen eingeladen haben. In Bremen war es demnach keine komplette Klasse. Die SchülerInnen kannten sich also untereinander nicht oder nur wenig. Hier in Linz hat das Team der Ars Electronica eine ganze Klasse gesucht und Kontakt über Kunstlehrer aufgenommen.
Die SchülerInnen lernen CT- und MRT-Bilder voneinander zu unterscheiden und sie mit medizinischer Software weiterzuverarbeiten. Credit: Martin Hieslmair
Worum geht es in dem Workshop? Was können die SchülerInnen während des Workshops tun?
Sabrina Haase: Die SchülerInnen werden im aktuellen Workshop die Technologie der medizinischen Bildverarbeitung auf künstlerische Weise nutzen. Ganz nebenbei lernen sie die zugrunde liegenden Prinzipien von Informatik, Programmierung, Mathematik und Physik.
Begonnen haben wir mit dem Thema Medizinische Bildverarbeitung. Hier haben uns vor allem Fragen beschäftigt, wie: was sind eigentlich medizinische Bilder? Was sind 2-, 3- oder sogar 4-dimensionale Bilder? Woran kann man erkennen, mit welcher Modalität ein Bild aufgenommen wurde? Also: ist es ein Röntgenbild, ein Computertomographie-Bild (CT) oder ein Magnetresonanztomographie-Bild (MRT)? Anschließend haben wir uns die grundsätzlichen Verfahren zur Segmentierung angesehen. Also, wie können unterschiedliche Regionen im Körper erkannt und klassifiziert werden: das ist ein Tumor, das ist ein Gefäß, das ist die Leber und wie groß ist dieses oder jenes Objekt dort?
Dann haben wir uns noch mit der Bildregistrierung beschäftigt. Registrierung bedeutet zwei oder mehrere Bilder desselben Patienten übereinander zu legen. Wenn ein Patient oder eine Patientin zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten im Scanner war. Das Übereinanderlegen der Bilder ist nötig, weil der Patient eventuell etwas gegessen hat oder er in einer anderen Position im Scanner liegt, also seine Anatomie einfach anders als beim letzten Mal ist. Wie muss man also die Informationen aus den beiden Bildern bearbeiten? Bei Patienten, die mit Chemotherapie behandelt werden, möchte man ja den gleichen Tumor betrachten und vergleichen – und nicht versehentlich einen anderen, weil man die Bilder schlecht übereinander gelegt hat.
Sabrina Hasse von Fraunhofer MEVIS und die Medien- und Sound-Künstlerin Yen Tzu Chang mit Schülern am Mischpult. Credit: Martin Hielsmair
Yen Tzu hat die Workshopteile gestaltet, die sich mit Sound beschäftigen. Erst gab sie eine Einführung in das Thema Sound und Soundart. Wo liegen die Hintergründe? Was ist Soundart und welche Künstler gibt es da? Die SchülerInnen haben einige Videos mit Klangbeispielen angesehen und anschließend ihre eigenen „Piezos“ gebaut. Ein Piezoelement dient zur Geräuschverstärkung; es wandelt mechanischen Druck oder dynamische Verformung (z. B. Schlag auf ein Musikinstrument, Vibration einer Saite) in elektrische Spannung um und verstärkt sie. Die SchülerInnen haben selbst gelötet und isoliert und konnten ihr fertiges Piezo gleich am Mischpult anschließen und ausprobieren. Das hat allen großen Spaß gemacht!
Als nächstes haben wir uns der Erzeugung von Sound mit dem Computer gewidmet. Einerseits rein mit dem Computerprogramm „Pure Data“, andererseits haben wir manuelle Soundfiles generiert mittels in die Hände klatschen oder ähnlichem. Aufgenommen wurde das mit dem Mikrophon des Laptops. Morgen machen wir das dann professioneller. Aber zum Ausprobieren war das super! Die SchülerInnen konnten ihr Soundfiles mit dieser Software einfach laden, starten, stoppen und wieder abspielen. Morgen werden wir dann die medizinische Bildverarbeitung mit der Klangkunst zusammenbringen. Da kommt also dann der künstlerische Teil.
Medizinische Bilder und Soundart – eine gelungene Kombination. Credit: Martin Hieslmair
Wie war die Reaktion der Schüler auf dieses spezielle Bildungsangebot? Haben die Schüler intuitiv mit Interesse reagiert oder eher zwei Tage anstrengenden Mathe- und Physikunterricht auf sich zukommen sehen?
Sabrina Haase: MINT-Themen wie Mathematik, Informatik, Physik – allgemein Technik und Naturwissenschaft haben bei Fraunhofer MEVIS eine lange Tradition. Wir gestalten schon lange Schüler- und Mitmach-Projekte in diesem Bereich. Kindern und Jugendlichen ist fachspezifisch erstaunlich viel zuzutrauen, wenn man den Raum und die Zeit hat, den Kontext zu beschreiben, die Möglichkeiten zu eigenständigem Arbeiten schafft und vor allem Neugier und Spaß im Spiel ist.
Keiner der Schüler hat gemurrt. Überhaupt nicht. Also ich war wirklich beeindruckt! Vor allem weil der Lehrer in der Mittagspause erzählte, dass er seiner Klasse nicht die Frage gestellt hat, ob sie an diesem Workshop teilnehmen möchte, sondern er die Anweisung gegeben hat, dass der Workshop gemacht wird. Also die SchülerInnen waren voll dabei! Ich glaube, das lag auch daran, dass wir immer eine gute Mischung zwischen den Themen hatten … etwas Soundart, Übungen am Computer, dann wieder medizinische Bildverarbeitung.
Gab es Unterschiede zwischen der Workshop-Gruppe aus Bremen und der aus Linz?
Sabrina Haase: Auf jeden Fall! Da in Bremen nur zwei kleinere Räume zur Verfügung standen, mussten die SchülerInnen dort in zwei Gruppen geteilt werden. Das hatte einen interessanten Effekt: die eine Gruppe hat die medizinische Bildverarbeitung stärker mit Soundart verbunden – so wie wir es gerade hier in Linz machen. Die andere Gruppe hat den Fokus, statt auf den Klang, stärker auf das Bild an sich gelegt. Die SchülerInnen haben Gipsformen ihrer eigenen Hände angefertigt und diese dann mit Gelatine gefüllt. Die Gelatinehände haben sie anschließend in unserem Institut in den Magnetresonaz-Scanner gelegt und so MRT-Bilder ihrer Gelatinehände erstellt. Diese Bilder haben sie dann bearbeitet und künstlerisch verfremdet.
Im September ist wieder das Ars Electronica Festival in der Linzer Postcity. Dort präsentiert das Fraunhofer MEVIS einige der Ergebnisse aus diesen Workshops. Ein solcher Erfolg spricht doch für die Fortsetzung des Workshops. Gibt es Pläne in dieser Hinsicht?
Sabrina Haase: Bis jetzt gibt es keine konkreten Pläne in dieser Richtung. Die Workshops werden im Institut zunächst evaluiert und dann werden wir weitersehen. Angesichts des großen Interesses der SchülerInnen und ihrer Begeisterung wäre eine Fortsetzung aber sehr wünschenswert.
Sabrina Haase ist Mathematikerin und derzeitig Koordinatorin internationaler Forschungs- und Industrieprojekte am Fraunhofer Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS in Bremen. Zuvor forschte sie am Institut an biophysikalischen Verfahren zur mathematischen Modellierung und Simulation von thermischen Therapien um Therapieerfolge zu verbessern. Sie baute engagiert die Formate und Angebote für Nachwuchsforscherinnen und –forscher am Institut aus und auf, darunter beispielsweise das Projekt STEAM Imaging.
Das Projekt STEAM Imaging wurde ursprünglich im Jahr 2016 in Zusammenarbeit mit SPACE (London) entwickelt.
Ein Gespräch mit Bianka Hofmann, Leiterin der Wissenschaftskommunikation bei Fraunhofer MEVIS, über das STEAM Imaging Projekt lesen sie hier: https://ars.electronica.art/aeblog/2017/01/30/steam-imaging/
Das Fraunhofer MEVIS über das STEAM Imaging Projekt und die Zusammenarbeit mit Artist-in-Residency Yen Tzu Chang: https://www.mevis.fraunhofer.de/de/press-and-scicom/institute-news/STEAM-imaging-under-the-skin.html
Der Blog der Raw Science Foundation über den ersten STEAM Imaging Workshop in Bremen: http://www.rawscience.tv/steam-imaging-art-from-the-mri-scanner/