Förderprojekte

Ziel des Forschungsprojekts TWIN-WIN ist die Entwicklung eines „digitalen Superzwillings“ als Grundlage für Innovationen in der roboterassistierten Chirurgie. Das Projekt, an dem neben dem Kurt-Semm-Zentrum des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein (UKSH) auch die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), die Universität zu Lübeck und die Vater Solution GmbH wesentlich beteiligt sind, wird mit insgesamt knapp 950.000 Euro bis Ende 2025 durch das Land Schleswig-Holstein gefördert.

An der Konsole sieht die Operateurin oder der Operateur das Operationsfeld, in dem sich die Instrumente befinden, etwa zehnfach vergrößert, in hoher Auflösung und in 3D. Allerdings zeigt der Ausschnitt nur wenige Quadratzentimeter im Bauchraum; der Tumor verbirgt sich häufig unter Fettschichten oder hinter den Organstrukturen. Die Operierenden müssen aus der bildgebenden Diagnostik, die vor der OP durchgeführt wurde, meist ein CT-Scan, abschätzen, wo der eigentliche Befund liegt und ihn Schritt für Schritt freipräparieren. Das ist in der Nieren- und Leberchirurgie oder auch beim Entfernen tumorbefallener Lymphknoten oft herausfordernd und zeitaufwendig.

Ziel des TWIN-WIN-Projektes ist es, die Navigation zum Befund mit Hilfe von künstlicher Intelligenz und Sensorfusionsmodellen deutlich zu verbessern. Das 3D-Datenmodell des voroperativen CT-Befundes, quasi ein „digital twin“, ein digitaler Zwilling der Patientin oder des Patienten (daher der Name „TWIN-WIN“), soll während des Eingriffs in das 3D-Bild des OP-Bereichs integriert und mittels Augmented Reality für die Operierenden sichtbar gemacht werden. Es sollen Echtzeitdaten unter anderem über die Position der Instrumente im Bauchraum, die relevanten Organstrukturen und die Deformation dieser Strukturen mithilfe von Sensorquellen (zum Beispiel optisches und elektromagnetisches Tracking, Ultraschall) und künstlicher Intelligenz erhoben werden. Die Forschenden streben dabei die Entwicklung eines sogenannten digitalen Superzwillings an, in dem alle Daten der operativen Systeme, des voroperativen Befundes und aus dem Inneren und der Lage des Patientenkörpers in einem dynamischen Echtzeitmodell vereint werden. Gelingt dies, könnte ein OP-Navigationsgerät entwickelt werden, ähnlich dem Navi beim Autofahren.

Das Projekt „OP der Zukunft“ wurde mit insgesamt 3,4 Millionen Euro aus dem Europäischen Aufbaufonds für den Zusammenhalt und die Gebiete Europas (REACT-EU) im Rahmen des EFRE-Programms gefördert. Der Projektverbund bestand aus dem Universitätsklinikum-Schleswig-Holstein (Kurt-Semm-Zentrum und Klinik für Nuklearmedizin), der Technischen Fakultät der CAU Kiel (ET&IT, Informatik und MaWi), sowie den Firmen Vater Solution GmbH und MiE (Medical Imaging Electronics, Seth).

Im Fokus des Vorhabens standen zwei Teilprojekte. Das Ziel des ersten Teilprojekts bestand darin, eine Navigationshilfe für den Operateur zu entwickeln, indem das CT-Bild und das intraoperative endoskopische Bild registriert, d. h. übereinandergelegt werden. Auch die Position der Instrumente im OP-Gebiet soll auch im CT-Bild sichtbar werden. Dazu wurden experimentell verschiedene Trackingmethoden eingesetzt, z. B. optisches Tracking durch ein deckengebundenes Kamerasystem, elektromagnetisches Tracking und verschiedene 3D-Scanner.

Die zweite Teilprojekt betraf die experimentelle Entwicklung eines Komplementärroboters, der die Bewegungen des Primärroboters erkennt und ihnen selbstständig ausweichen kann. Auf dieser Basis könnte zukünftig ein zusätzliches robotisches System, welches durch den OP-Assistenten gesteuert wird, im OP Einzug halten und OP-Abläufe einfacher und besser gestalten.

Im Rahmen des Projektes OP der Zukunft wurde im Wissenschaftszentrum im Wissenschaftspark eine experimentelle robotische Forschungsplattform initiiert, welche auch in Nachfolgeprojekten (wie z. B. TWIN-WIN) weiter genutzt werden soll.