Das ICCAS startete 2005 an der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig mit zwei Nachwuchsforschungsgruppen, in denen Chirurgen, Ingenieure und Informatiker an der Entwicklung computergestützter Assistenzsysteme im Operationssaal (OP) zusammenarbeiten. Um neue Unterstützungssysteme zu entwickeln, die sich in erster Linie an den Bedürfnissen der Chirurgen orientieren, wurden Arbeitsabläufe und Prozesse im OP analysiert, was die Basis für einen signifikanten Wissensvorsprung auf den Gebieten Modellierung von chirurgischen Arbeitsabläufen, Standardisierung von Datenformaten und Software-Systemintegration für die chirurgische Therapie schuf.
Mit der Strategie, die allgemein fortschreitende Automatisierung auf die chirurgische Automation im OP zu übertragen, entwickelte sich das ICCAS zu einer international wettbewerbsfähigen Forschungseinrichtung für computerassistierte Chirurgie. Weitere, über Drittmittel finanzierte Projekte bereichern das heutige Forschungsprofil und erfolgreiche Ausgründungen zeugen von der Marktrelevanz der wissenschaftlichen Innovationen. Die Arbeit erfolgt in enger Kooperation mit dem Universitätsklinikum Leipzig und zahlreichen nationalen und internationalen Partnern in Wissenschaft und Industrie. Über Lehrveranstaltungen an der Universität Leipzig und der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur (HTWK) Leipzig wird der wissenschaftliche Nachwuchs gefördert. Seit 2011 verfügen die Wissenschaftler über einen einzigartigen Demonstrator-OP. Dieser dient der Integration und Anbindung der am ICCAS entwickelten Assistenzsysteme und Modelle. Die BMBF- geförderte Errungenschaft gilt als ein Prototyp des optimalen chirurgischen Arbeitsplatzes von morgen.
Das übergeordnete Ziel der Forschungsarbeit am ICCAS ist die Erhöhung der Qualität der Gesundheitsversorgung durch die Entwicklung von Methoden und Technologien, die eine optimale computergestützte Assistenz des Operateurs gewährleisten. Dies betrifft sämtliche Komponenten des chirurgischen Arbeitsprozesses von der chirurgischen Planung über die intraoperative Assistenz bis hin zur postoperativen Dokumentation. Über ein gut funktionierendes und nachvollziehbares Informationsmanagement, das die Integration und Bereitstellung aller OP-relevanten Daten voraussetzt, soll mehr Transparenz in klinische Situationen, Prozesse und Entscheidungen gebracht werden, was die Sicherheit von Ärzten und Patienten erhöht.
Modell-basierte Automation und Integration
Die rasanten Entwicklungen im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologie in der Medizintechnik verändern wesentlich die Anforderungen an den chirurgischen Arbeitsplatz von heute. Systeme zur präoperativen Planung, intraoperativen Navigation und assistierten Instrumentenführung sollen die Arbeit des Chirurgen ebenso erleichtern wie digitale Patientenmodelle, die alle relevanten Daten des Patienten bündeln und aufzeichnen. Das Forschungsgebiet der Projektgruppe Modellbasierte Automation und Integration umfasst die Entwicklung von Konzepten zur Gestaltung eines „digitalen“ Operationssaales, in dem eine auf die Bedürfnisse der Chirurgen angepasste Technik zum Einsatz kommt, die durch Kompatibilität der Systeme untereinander effektiv genutzt werden kann. Ziel dieses integrierten chirurgischen Arbeitsplatzes ist die qualitative und quantitative Verbesserung von Operationsverläufen durch Entlastung des Chirurgen von nichtproduktiven Nebenarbeiten und die Erhöhung der Patientensicherheit mit Hilfe von chirurgischem Workflowmanagement.
Digitales Patienten- und Prozessmodell
Die wachsende Anzahl medizinischer Untersuchungsmöglichkeiten und Therapieformen für komplexe Krankheiten erfordert patientenspezifischere Therapieentscheidungen und Therapieprozesse, welche die Chance auf ein besseres klinisches Outcome erhöhen. Dies wird jedoch beträchtlich erschwert durch die große Menge und Vielfalt von erhobenen Patientendaten und deren fragmentierter Speicherung und durch die Vielfalt an verfügbaren Therapieoptionen. Die Nachwuchsforschergruppe Digitales Patienten- und Prozessmodell am ICCAS adressiert diese Probleme durch die Modellierung therapeutischer Entscheidungsprozesse und die Entwicklung von Entscheidungsunterstützungssystemen, patientenspezifischen Therapieprozessmodellen, Methoden für die Extraktion und Strukturierung von relevanten Informationen aus Patientenakten und standardisierten Informationsmodellen.
Multimodale Intraoperative Bildgebung
Die Forschungsgruppe Multimodale Intraoperative Bildgebung beschäftigt sich mit der Entwicklung von bildgebungsbasierten Assistenzsystemen für chirurgische Anwendungen. Ein Hauptthema der Gruppe ist die intraoperative Ultraschall-Bildgebung bei Hirntumorresektionen. Dabei wurde mit der Entwicklung von Algorithmen zur automatischen Lokalisation des möglichen Tumorrests ein wichtiges Ziel in den Bilddaten erreicht. Infrarotthermographie für die plastische Chirurgie ist ein zweiter Forschungsschwerpunkt. Diese wird bei der automatischen Erkennung der Hautperforatoren für die intraoperative Planung von Hauttransplantaten erfolgreich angewendet. Im Jahr 2016 wurde Hyperspektral-Bildgebung zu einem weiteren Hauptthema der Gruppe. Ein nichtinvasives System zum Monitoring des Patientenzustandes, z.B. unter Narkose, ist in der Entwicklung. In diesem Zusammenhang hat eine klinische Pilot-Studie für die Gewebe-Charakterisierung in Zusammenarbeit mit der Viszeral-Chirurgie begonnen.
Nichtinvasive Bildgestützte Interventionen
Die Forschungsgruppe Nichtinvasive Bildgestützte Interventionen beschäftigt sich mit neuen bildgesteuerten Verfahren und therapeutischen Assistenzsystemen im nichtinvasiven Bereich. Im Fokus der Forschung am ICCAS steht die Anwendung von fokussiertem Ultraschall unter Führung von Magnetresonanztherapie(MRgFUS). Neue Anwendungen sollen entwickelt und in präklinischen und klinischen Studien untersucht werden. Dies beinhaltet die Anwendung von fokussiertem Ultraschall auf bewegte Organe, wie Leber und Nieren und am Gehirn zur Neuromodulation und Neurostimulation. Des Weiteren werden erste Anwendungen von interventionellen Techniken im PET-MRT durchgeführt. Die fokussierte Ultraschallforschung beschäftigt sich zudem mit der gezielten Arzneimittelabgabe und Strahlentherapie über In-vitro-Zellkulturen sowie mit Roboter-assistiertem MRgFUS. Durch die Gründung des Meta-ZIKs SonoRay zwischen dem ZIK ICCAS und dem ZIK OncoRay (Dresden) wurde der Grundstein für die Erforschung der kombinierten Anwendung von Strahlentherapie und FUS bei Krebserkrankungen gelegt.
Life Support Systems
Im Forschungsbereich Life Support Systems (LSS) werden innovative, nicht-invasive Verfahren zur Diagnose und Verlaufskontrolle von Lungenschädigungen und zukünftig auch anderen Organfunktionsstörungen erforscht. Aktueller Schwerpunkt ist die Weiterentwicklung der Elektrischen Impedanz-Tomographie (EIT) zur patienten-spezifischen, drei-dimensionalen Visualisierung der Lungenfunktion mit besonderem Augenmerk auf Praktikabilität im inner- und außerklinischen Notfalleinsatz. Außerdem befasst sich die Arbeitsgruppe mit der quantitativen Analyse von CT-Scans zur numerischen Einschätzung von Störungen der Lungenbelüftung, die über die rein visuelle Auswertung der CT-Schichtbilder hinausgeht. Durch Zusammenführung der nichtinvasiven, kontinuierlichen und patientenseitig verfügbaren EIT-Information mit der einseitigen Bildinformationen aus der quantitativen CT soll die Auswahl und Steuerung von Therapieoptionen besonders bei Patienten mit akutem Versagen der Lungenfunktion verbessert werden. Durch eine enge Kooperation mit mehreren Medizintechnik-Herstellern wird eine zeitnahe Überführung der Forschungsergebnisse in klinisch einsetzbare Medizinprodukte ermöglicht.
Nationale Kooperationspartner
Internationale Kooperationspartner
Prof. Dr. med. Andreas Melzer
Geschäftsführender Direktor
Universität Leipzig / Medizinische Fakultät
Innovation Center Computer Assisted Surgery (ICCAS)
Semmelweisstraße 14, Haus 14
04103 Leipzig
Tel.: 03 41 97-1 21 01
Fax: 03 41 97-1 20 09
E-Mail: info[at]iccas.de
www.iccas.de
Prof. Dr. Thomas Neumuth
Stellv. Direktor
Universität Leipzig/Medizinische Fakultät
Innovation Center Computer Assisted Surgery (ICCAS)
Semmelweisstraße 14, Haus 14
04103 Leipzig
Tel: 0341 97-1 20 01
Fax: 0341 97-1 20 09
E-Mail: info[at]iccas.de
www.iccas.de
Zum den Beiträgen "Leipziger Leuchtturm" und "In der Kombi liegt die Kraft" aus der Rubrik "Im Blickpunkt"
