Kooperation zwischen Hochschule Pforzheim, Fraunhofer HHI und Klinikum Darmstadt
 

Das interdisziplinäre Projektteam von „NEOSPEK“ (Neue Sensorik für die multispektrale klinische Bildgebung) erforscht, wie durch ein Assistenzsystem aus Kameras, Sensoren und Künstlicher Intelligenz Chirurginnen und Chirurgen bei Operationen unterstützt werden können. Das Kooperationsprojekt zwischen der Hochschule Pforzheim, dem Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) Berlin sowie dem Klinikum Darmstadt wird von der Carl-Zeiss-Stiftung im Rahmen des Programms CZS Transfer mit insgesamt einer Million Euro über den Zeitraum von drei Jahren unterstützt. „Dieses gemeinsame Forschungsvorhaben stärkt nicht nur unsere Hochschule und ihre Position im Bereich der Medizintechnik, sondern fördert auch die Entwicklung zukunftsträchtiger, digitaler Technologien im Gesundheitswesen“, freut sich NEOSPEK-Projektleiter Professor Dr.-Ing. Stefan Kray über den wissenschaftlichen Erfolg – und auf die bevorstehende innovative Zusammenarbeit mit den Partnern.

In der Chirurgie werden visuelle Eindrücke wie Farbe und Struktur genutzt, um gesundes von krankem Gewebe zu unterscheiden. In vielen Situationen ist der wahrnehmbare Kontrast jedoch nur schwach ausgeprägt. Im Projekt „NEOSPEK“ sollen die Gewebeeigenschaften durch ein visualisierendes Assistenzsystem automatisiert hervorgehoben werden. Dazu werden neuartige Kameras und Techniken im Operationssaal eingesetzt, die sowohl die dreidimensionale Form als auch die Lichtspektren des Gewebes in jedem Bildpunkt erfassen. Die Daten werden in Echtzeit analysiert und von einer Künstlichen Intelligenz kontinuierlich ausgewertet. So können beispielsweise Tumorzellen von gesundem Gewerbe farblich sichtbar abgegrenzt werden. Diese unterstützende Darstellung kann zukünftig den Arbeitsablauf in der Chirurgie deutlich erleichtern.

Im Rahmen des Projektes sollen unter anderem folgende Forschungsfragen geklärt werden: Wie kann spektrale Bildgebung ohne OP-Unterbrechung realisiert werden? Wie kann spektrale Bildgebung echtzeitfähig werden? Wie kann spektrale- und strukturelle Information automatisch dargestellt werden? Welcher klinische Nutzen kann nachgewiesen werden?
Antworten auf diese Fragen sucht das NEOSPEK-Team unter anderem durch die Verbesserung der Diagnostik mittels neuartiger, robuster Bildgebungsverfahren in Kombination mit KI-gestützter Datenanalyse und echtzeitfähigen Algorithmen.

„Unser Ziel ist es, unser Assistenzsystem unter OP-Bedingungen einzusetzen. Wir werden die Qualität der Differenzierung und Perfusion bei der Darm-Anastomose durch das System bewerten sowie Anwenderfreundlichkeit und Nutzen evaluieren“, erklärt Stefan Kray. Neben der Gesamtleitung des Projekts verantwortet der Professor im Bachelorstudiengang Medizintechnik die NEOSPEK-Forschungsarbeiten im Bereich „Medizinische Bildgewinnung“. Sein Kollege Professor Dr.-Ing. Thomas Greiner verantwortet den Bereich „Echtzeit-Verfahren“ und ist zugleich wissenschaftlicher Direktor des Instituts für Angewandte Forschung sowie Leiter des Instituts für Smart Systems und Services (IoS3) der Hochschule Pforzheim, unter dessen Dach das Projekt angesiedelt ist. Das Fraunhofer HHI ist mit der Abteilung „Vision and Imaging Technologies“ unter Leitung von Dr.-Ing. Anna Hilsmann beteiligt. Frau Dr. Hilsmann bearbeitet zusammen mit Herrn Eric Wisotzky, M. Sc., die Arbeitsbereiche spektrale Bildanalyse, Augmented Reality / Virtual Reality und 3D-Technologie. Die Klinik für Allgemein-, Viszeral- und Thoraxchirurgie am Klinikum Darmstadt, die ab dem 1. Juli 2023 von Univ.-Prof. Dr. med. Werner Kneist geleitet wird, realisiert den medizinischen Transfer im Bereich der Bauchchirurgie.

Institut für Smart Systems und Services
Die Themen Medizintechnik, 3D-Messtechnik und Sensorik werden an der Hochschule Pforzheim am Institut für Smart Systems und Services (IoS3) erforscht. Das Institut bündelt alle Forschungsaktivitäten der Hochschule zu den Themen Digitalisierung und Künstliche Intelligenz und arbeitet mit renommierten Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammen. Seit seiner Gründung im Jahr 2012 erfüllt es die Kriterien zur Aufnahme in die HRK-Forschungslandkarte Deutschland. Die beteiligten Personen verfügen über langjährige internationale wissenschaftliche Erfahrung.

Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut
Das Fraunhofer HHI ist Teil der Fraunhofer Gesellschaft. Die Kompetenzen der Fraunhofer HHI Abteilung „Vision and Imaging Technologies“ umfassen insbesondere umfangreiches Know-how in den Forschungsbereichen echtzeitfähige 2D/3D sowie spektraler Bild-/Video- und Szenenanalyse sowie Rendering/Darstellung in den Anwendungsgebieten von AR/VR, Multimedia, Sicherheit und Medizin.

Klinikum Darmstadt
Das Klinikum Darmstadt ist der kommunale Maximalversorger in Südhessen und das einzige Krankenhaus der umfassenden Notfallversorgung (höchste Versorgungsstufe). Es ist Akademisches Lehrkrankenhaus der Universitäten Frankfurt und Mannheim/Heidelberg und für Pflege in Kooperation mit der FOM Hochschule. Zur GmbH, die der größte kommunale Arbeitgeber ist, gehören 3.350 Mitarbeitende. Ein MVZ sowie ein Altenpflege- und ein Wohnheim und Servicegesellschaften komplettieren den Gesundheitsdienstleister.

Carl-Zeiss-Stiftung
Die Carl-Zeiss-Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, Freiräume für wissenschaftliche Durchbrüche zu schaffen. Als Partner exzellenter Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundlagenforschung als auch anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fachbereichen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). 1889 von dem Physiker und Mathematiker Ernst Abbe gegründet, ist die Carl-Zeiss-Stiftung eine der ältesten und größten privaten wissenschaftsfördernden Stiftungen in Deutschland. Sie ist alleinige Eigentümerin der Carl Zeiss AG und SCHOTT AG. Ihre Projekte werden aus den Dividendenausschüttungen der beiden Stiftungsunternehmen finanziert.