07 april 2015

Less is more!

Klinkt als… een fancy nieuwe kledingtrend? Een hype voor het inrichten van je woning? Bijna… Ook in de wetenschap zijn we veel bezig met hoe dingen er uitzien, en hoe we ze zo mooi en duidelijk mogelijk kunnen representeren. Daarvoor moet je goed nadenken over wat de gebruiker graag wilt zien en welke (onnodige) informatie je eventueel weg kunt laten. Bijna het werk van een designer dus!

Weg met die saaie grafieken en formules, want drie-dimensionale grafische visualisaties zijn hip! Net zoals een schilder warm loopt voor een klassieker van Van Gogh, en een gamer niet vies is van goede graphics in de nieuwste game, kan een wetenschapper ook best enthousiast worden van een mooi wetenschappelijk plaatje. Met alle nieuwe mogelijkheden die de goede graphicscards in computers ons bieden, is wetenschappelijke visualisatie een heel vakgebied op zich geworden.

Hersenplakjes Medische beelden die opgenomen worden in het ziekenhuis zijn meestal drie-dimensionaal: Een CT of MRI scanner bijvoorbeeld deelt je lichaam op in ‘plakjes’ en maakt van elk plakje een afbeelding. Een radioloog bekijkt vervolgens elk plakje afzonderlijk op zijn scherm, en kan er doorheen scrollen om een drie-dimensionaal idee te krijgen. Maar zou het niet veel handiger zijn om een 3D reconstructie te maken, die je dan interactief van alle kanten kunt bekijken? Deze visualisaties worden gelukkig steeds meer ingebouwd in de software die door radiologen gebruikt wordt. Zo kunnen sommige afwijkingen nog beter opgespoord worden.

Large
Het klassieke medische beeld: van ‘plakjes’ naar een drie-dimensionale reconstructie.

Zenuwbanen Maar wat nu als je geen 3D, maar 5D of hoger-dimensionale data hebt? Dan wordt het visualiseren van je data pas echt uitdagend! Met dit soort data hebben we typisch te maken in diffusie MRI: op elke locatie (3 dimensies) en in elke richting (die je kunt beschrijven met 2 hoeken, dat zijn dus 2 dimensies) beschikken we over informatie over de hoeveelheid diffusie. Maar hoe maak je daar nog wat zinnigs van in een plaatje? Een manier waarop je deze 5D data zou kunnen afbeelden is het visualiseren van een glyph (een soort vervormde bal die in elke richting een grootte heeft) op elke locatie. De pieken van zo’n glyph geven aan in welke richting een hoge diffusie is gemeten, en dus in welke richting de zenuwbanen waarschijnlijk lopen. Je zou dit dus ook kunnen vereenvoudigen en alleen de richtingen van de pieken kunnen afbeelden.

Hersenen2
Locatie in de hersenen waar de glyphs en pieken zijn gevisualiseerd.
http://www.providi-lab.org/
Chantal links
Gevisualiseerde glyphs: een soort vervormde bal die in elke richting een grootte heeft.
http://www.providi-lab.org/
Chantal rechts
In deze visualisatie zijn alleen de pieken getoond.
http://www.providi-lab.org/

Drukke bedoeling Als je zulke glyphs of pieken op elke locatie visualiseert, wordt het nogal een drukke bedoeling. Om een beter globaal overzicht te krijgen, kunnen we de pieken virtueel met elkaar verbinden om langere paden te reconstrueren. Dit proces noemen we tractografie. De gereconstrueerde paden komen hopelijk overeen met de onderliggende zenuwbanen, maar er kan tussendoor nog een hoop fout gaan. We moeten deze paden dus voorzichtig interpreteren.

Bord spaghetti Een tractografie visualisatie van de hele hersenen ziet er een beetje uit als een bord spaghetti: het is een soort kluwen van draden. Je ziet een hoop maar tegelijkertijd ook weer bijna niets: alle paden overlappen elkaar waardoor je veel detail kwijtraakt. Ons onderzoek bekijkt onder andere hoe we dit soort visualisaties duidelijker kunnen maken, zodat een gebruiker (bijvoorbeeld de radioloog of neurochirurg) het beter kan interpreteren. We kwamen op het idee om sommige (delen van) paden transparant te maken, zodat je beter kunt zien wat eronder zit. Vooral paden die “naar je toe komen” in het beeld voegen niet zo heel veel toe, en ze bedekken onderliggende paden. Door juist die paden transparant te maken en dit vanuit verschillende standpunten te bekijken, krijg je vaak een duidelijkere en minder drukke visualisatie.

Zie hierboven het verschil tussen normale en transparante visualisatie.

Dus: showing less is seeing more!

Hersenen
Tractografie in de hele hersenen, bovenaanzicht (links), linker aanzicht (midden), en vooraanzicht (rechts). De bovenste rij is een normale visualisatie, de onderste rij een transparante visualisatie waarin de paden die ‘naar je toe komen’ in het beeld transparant zijn gemaakt. Zo krijg je een duidelijkere visualisatie en kun je beter zien wat eronder zit.
(Tax et al., ISMRM 2014, p. 4529)

Kunst! Diffusie MRI plaatjes zijn lekker kleurrijk en leveren soms best wel interessante schouwspelen op, ze kunnen zo het atelier in zou je zeggen! En dat gebeurt ook: Diffusie MRI plaatjes zijn al gebruikt voor de covers van albums (de bekendste is toch wel het album van Muse), en hebben prijzen gewonnen in verschillende wetenschappelijke kunst competities. Dat is nog eens de kunst van de wetenschap!

Large
Albumcover Muse.
81ed62ca9d images gallery 123
Art of Neuroscience winnaar 2013.
http://www.PROVIDI-lab.org
Cerebral
People’s choice and honorable mention in NSF Science visualization challenge 2013
http://chamberm.github.io/

Discussieer mee

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE