Mathematische Verfahren für sichere Operationen : Datum:
Im T!Raum-Bündnis #MOIN ist das Projekt FrakturOpt gestartet. Die Projektpartner entwickeln gemeinsam einen digitalen Trainingssimulator, mit dem Chirurginnen und Chirurgen die operative Versorgung von Handgelenksbrüchen realitätsnah üben können. So sollen Eingriffe sicherer vorbereitet und ausgeführt, sowie Behandlungsergebnisse verbessert werden.
Bei Handgelenksfrakturen ist die operative Versorgung oft Millimeterarbeit. Entscheidend ist, dass die Knochenfragmente exakt positioniert werden, damit das Gelenk später wieder stabil ist und beweglich bleibt. Genau hier setzt das neue Projekt FrakturOpt des T!Raum-Bündnisses #MOIN – Modellregion Industriemathematik – Bremen an. Es entwickelt einen digitalen Trainingssimulator, mit dem sich operative Eingriffe vorab am Bildschirm planen und üben lassen.
Knochenfragmente virtuell zusammensetzen
Grundlage des Simulators sind Computertomografie-Aufnahmen (CT-Aufnahmen) des gebrochenen Handgelenks. Mithilfe von Deep-Learning-Verfahren werden die einzelnen Knochenfragmente automatisch in den CT-Daten erkannt und rekonstruiert. Mathematische Optimierungsverfahren und realitätsnahe Simulation zeigen anschließend, wie die Fragmente anatomisch korrekt zusammengesetzt werden. So lässt sich trainieren, wie sich die Fragmente minimalinvasiv ohne direkte Sicht auf die Fragmente korrekt positionieren lassen.
Der Trainingssimulator soll Chirurginnen und Chirurgen ermöglichen, kritische Phasen des Eingriffs vorab zu trainieren oder ganz unabhängig von realen Fällen zu probieren. Das erweitert die Übungsmöglichkeiten, stärkt die Sicherheit im Operationssaal und kann Komplikationen reduzieren. Gleichzeitig unterstützt FrakturOpt eine moderne, digitale chirurgische Ausbildung, in der komplexe Eingriffe Schritt für Schritt durchgespielt werden können.
Kooperation von Forschung und Anwendung in Bremen
FrakturOpt wird von Fraunhofer MEVIS und der SZENARIS GmbH umgesetzt, gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR). Fraunhofer MEVIS bringt seine Erfahrung in bildbasierter Medizin, KI-gestützter Auswertung von CT-Daten und mathematischer Modellierung ein. SZENARIS entwickelt didaktisch fundierte Trainingsszenarien und eine benutzerfreundliche Oberfläche für den späteren Gebrauch im klinischen Alltag.
In den kommenden Projektphasen entstehen erste Demonstratoren des Systems, die gemeinsam mit klinischen Partnern getestet und weiterentwickelt werden. Perspektivisch lässt sich das Konzept auch auf andere Frakturen und Anwendungsfelder übertragen, in denen präzise Rekonstruktion von Knochenstrukturen und das Training anspruchsvoller Eingriffe gefragt sind.
F&E aus der Region für den Operationssaal
#MOIN verfolgt dabei zwei Ziele: Mathematik so gut wie möglich für praktische Lösungen zu nutzen und Menschen zu zeigen, wie wichtig Mathematik für Innovationen und unseren Alltag ist. In Bremen, Bremerhaven und im Landkreis Osterholz bündelt der Transferraum Know-how aus Forschung und Wirtschaft von der computergestützten Chirurgie bis zur maritimen Wirtschaft. FrakturOpt zeigt, wie sich mathematische Methoden und digitale Technologien in konkrete Anwendungen für die Medizin übersetzen lassen. Das Projekt steht damit beispielhaft für den Transfer von Forschung in den klinischen Alltag.