3,4 Millionen Euro für Kieler Verbundprojekt „OP der Zukunft“

Augmented Reality, Künstliche Intelligenz und robotergestützte Chirurgie werden zum „OP der Zukunft“

Am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH) startet in Zusammenarbeit mit der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und weiteren Partnern ein Leuchtturmprojekt, das Augmented Reality, Künstliche Intelligenz und robotergestützte Chirurgie zum „OP der Zukunft“ miteinander verbindet. Kieler Forscherinnen und Forscher bringen gemeinsam die robotergestützte Chirurgie, und damit die Behandlung vieler Patienten und Patientinnen, weiter. Das Projekt wird gefördert aus Mitteln des Europäischen Aufbaufonds für den Zusammenhalt und die Gebiete Europas (REACT-EU) im Rahmen des Operationellen Programms des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE). Heute (Donnerstag, 10. Februar) übergibt Ministerpräsident Daniel Günther vier Förderbescheide über insgesamt 3,4 Millionen Euro.

„Fördergelder für die medizinische Forschung sind Investitionen für eine bessere Gesundheit und für mehr Lebensqualität“, sagte Günther. Der „OP der Zukunft“ sei ein echtes Vorzeigeprojekt und werde dazu beitragen, Schleswig-Holstein als innovativen Standort in der High-Tech-Medizin weiter zu etablieren und Patientinnen und Patienten noch besser zu helfen. Das Land unterstreiche mit diesem Projekt seine Anstrengungen zum Einsatz Künstlicher Intelligenz und bei der Entwicklung von Weltklasse-Medizintechnik: „KI nimmt in der Medizin einen immer höheren Stellenwert ein. Die REACT-EU-Mittel nutzen wir deshalb zu einem großen Teil für innovative Projekte zu KI und Robotik im Gesundheitssektor. So wird der OP der Zukunft auch in Schleswig-Holstein Realität“, so Günther. Er dankte allen Projektpartnern für das große Engagement und die Initiative, diese innovativen Ideen in die Tat umzusetzen.

„Die Verbindung von Robotik und Augmented Reality zusammen mit intelligenter Bildverarbeitung sind in diesem Projekt der Ansatz, die vorhandenen Systeme zu einer neuen Leistungsstufe zu bringen. So könnten etwa Kamerabilder aus dem Körperinneren durch farbige Animationen auf dem Bildschirm ergänzt werden. Das erleichtert es Chirurginnen und Chirurgen beispielsweise Tumore schneller und besser zu lokalisieren“, erklärt Professor Dr.-Ing. Eckhard Quandt, Vizepräsident für Forschung und Transfer an der CAU.

Kooperation für Innovation

Dafür arbeiten die Beteiligten des Verbundprojektes „OP der Zukunft“ eng zusammen. Die medizinische Expertise und den Praxisbezug stellt das Kurt-Semm-Zentrum (KSZ) am UKSH her, das auch die Projektpartner koordiniert. An der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist die Technische Fakultät (TF) mit sechs Arbeitsgruppen aus den Instituten für Elektrotechnik und Informationstechnik, Informatik, und Materialwissenschaft involviert. Ein Teilprojekt befasst sich unter anderem mit einer 3D-Wegeführung im Livebild aus dem Operationsfeld. Das zweite Projekt arbeitet an der technischen Umsetzung eines verbesserten Operationsroboters mit zwei unabhängig voneinander nutzbaren Bedienelementen. Technisch umgesetzt wird dies von der Vater Solutions GmbH, der MiE medical imaging electronics GmbH und der Kiel Scientific GmbH.

Ziel ist es, die bereits etablierte robotergestützte Chirurgie maßgeblich zu verbessern. In diesem Bereich kam bislang das hochmoderne da-Vinci-System der US-amerikanischen Firma Intuitive zum Einsatz. Seit Ablauf der Patente von da Vinci drängen nun auch verstärkt neue Systeme anderer Hersteller in den Markt, was sowohl einen breiteren Zugang zu dieser Technologie ermöglicht als auch den Innovationsdruck auf die Hersteller erhöht. Dafür arbeiten die Beteiligten des Verbundprojektes „OP der Zukunft“ eng zusammen.

Expertise aus der Technischen Fakultät

Möglich wird die innovative Operationstechnik durch das Zusammenspiel aus Robotik und intelligenter Bildverarbeitung. So können bereits existierende PET/CT-Bilder der KI Informationen geben, die es in Echtzeit mit dem Live-Operationsbild abgleicht. Die Augmented-Reality-Technik ist dann für die Projektion von relevanten Informationen verantwortlich. Durch die Anreicherung der Bildinformation aus der Computertomografie sollen den Chirurginnen und Chirurgen nicht nur erweiterte Informationen über den Operationsbereich zur Verfügung stehen, sondern auch eine 3D-Navigationsunterstützung geboten werden. Dieses Verfahren soll helfen tumorpositive Lymphknoten und andere Tumorstrukturen während der Operation leichter zu erkennen. „Die hochpräzise Registrierung und visuelle Überlagerung der 3D-Tumorpositionen aus dem CT ins Livebild unterstützt die Chirurginnen und Chirurgen während der Operation und erlaubt ihnen, möglichst schnell und sicher das Tumorgewebe zu identifizieren und zu entfernen. Das reduziert die Operationsdauer und die Belastung der Patientinnen und Patienten“, erläutert Professor Dr.-Ing. Reinhard Koch, der für das erste Teilprojekt an der Technischen Fakultät verantwortlich ist.

KI, Algorithmen und ausgeklügelte Sensortechnik sind auch bei der Weiterentwicklung des Operationsroboters im zweiten Teilprojekt  gefragt. Denn bisher erfolgt ein chirurgischer Eingriff mittels eines solchen Gerätes minimalinvasiv von einer Steuerkonsole mit Roboterarmen aus. OP-Assistentinnen und Assistenten unterstützen die Chirurginnen und Chirurgen dabei, arbeiten aber mit den dazu benötigten Instrumenten händisch direkt an den Patientinnen und Patienten. Die noch zu entwickelnde Technik soll nun einen zweiten Roboterarm für die Assistenz ermöglichen. Für die Patientinnen und Patienten soll der Eingriff so präziser, infektionssicherer, schneller und schonender werden. Dies kann die Heilungsdauer gegenüber herkömmlichen offenen OP-Verfahren verkürzen. Sensoren und KI sorgen dafür, dass sich die beiden Roboterarme dabei nicht gegenseitig behindern. Gleichzeitig müssen die Instrumente der Chirurginnen und Chirurgen, zum Beispiel Klammern, bei allen Assistenzarbeiten in Position bleiben. „Die beiden Robotersysteme werden von zwei verschiedenen Personen bedient. Diese Bewegungen zu koordinieren und beispielsweise Kollisionen zu vermeiden ist eine Herausforderung. Gerade wenn das Leben eines Menschen von einem millimetergenauen Schnitt abhängen kann, ist dies notwendig“, erklärt Professor Dr.-Ing. Thomas Meurer hinzu.

Informationen zu den Projektpartnern

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

An der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist die Technische Fakultät (TF) mit sechs Arbeitsgruppen aus den Instituten für Elektrotechnik und Informationstechnik, Informatik, und Materialwissenschaft involviert. Ein Teilprojekt befasst sich unter anderem mit einer 3D-Wegeführung im Livebild aus dem Operationsfeld. Das zweite Projekt arbeitet an der technischen Umsetzung eines verbesserten Operationsroboters mit zwei unabhängig voneinander nutzbaren Bedienelementen.

Kurt-Semm-Zentrum am UKSH, Kiel (KSZ)

Kurt-Semm-Zentrum am UKSH, Kiel (KSZ)

Namensgeber Prof. Dr. Kurt Semm erfand in den siebziger Jahren die laparoskopische Chirurgie, die Schlüssellochchirurgie durch kleinste Körperöffnungen. Eine Weiterentwicklung dieser OP-Methode ist die Roboter-assistierte Chirurgie, die am Kurt-Semm-Zentrum vorangetrieben wird. Das KSZ, gegründet 2015, das sich der Ausbildung, Krankenversorgung und Forschung in Laparoskopie und Roboter-assistierter Chirurgie verschrieben hat, ist das einzige interdisziplinäre Zentrum seiner Art in Deutschland. Sein Alleinstellungsmerkmal liegt in der intensiven Zusammenarbeit der chirurgischen Fachdisziplinen des UKSH am Campus Kiel.

Vater Solutions GmbH, Kiel

Vater Solutions GmbH, Kiel

Die Vater Solution GmbH ist ein Unternehmen der Vater Unternehmensgruppe, gegründet 2004, bietet umfangreiche Dienstleistungen im Bereich der IT, unter anderem, Softwarearchitektur, Softwareentwicklung und Prozessdigitalisierung sowie Künstliche Intelligenz, Virtual oder Augmented Reality. Im Projekt OP der Zukunft übernimmt die Vater Solutions GmbH gemeinsam mit der MiE GmbH die technische Umsetzung.

MiE medical imaging electronics GmbH, Seth

MiE medical imaging electronics GmbH, Seth

Die MiE GmbH produziert seit 1981 bildgebende Systeme und entsprechendes Zubehör für den gesamten Bedarf der Nuklearmedizin.

Drei Männer stehen an einem silbernen Tisch, auf dem zwei Roboterarme befestigt sind.
© Jürgen Haacks, Uni Kiel

Forschung zum Themenfeld Robotik am Lehrstuhl für Automatisierungstechnik: Für das Projekt "OP der Zukunft" soll ein kollaboratives Mehrarm-Assistenzsystem für den Einsatz bei minimalinvasiven Eingriffen konzipiert und realisiert werden. Voraussetzung dafür sind sowohl methodische Entwicklungen als auch deren Implementierung. Thomas Meurer (v. l.) und seine wissenschaftlichen Mitarbeiter, hier im Bild Jan Reinhold und Manuel Amersdorfer, nutzen dafür die verschiedenen lehrstuhleigene Robotersysteme.

Porträtfoto von Reinhard Koch.
© Jürgen Haacks, Uni Kiel

Reinhard Koch, Professor an der Technischen Fakultät der Universität Kiel, verantwortet ein Teilprojekt für den "OP der Zukunft", das sich mit Augmented Reality und intelligenter Bildverarbeitung beschäftigt.

Porträtfoto von Thomas Meurer.
© Bina Engel

Thomas Meurer, Professor an der Technischen Fakultät der Universität Kiel, leitet das Teilprojekt im Themenfeld Robotik.

Gruppenfoto: Drei Männer halten ein Papier in die Kamera.
© Maximilian Hermsen, UKSH

Ministerpräsident Daniel Günther (v. l.) hat heute den Förderbescheid an die Projektpartner von "OP der Zukunft" vergeben. Für die Uni Kiel waren Professor Lorenz Kienle, Dekan der Technischen Fakultät, und CAU-Vizepräsident Professor Eckhard Quandt anwesend.

Pressekontakt:

Christin Beeck
Presse, Digitale und Wissenschaftskommunikation