Der Forschungsschwerpunkt Medizintechnik an der Hochschule Landshut arbeitet an neuen Methoden, um medizinische Eingriffe besser vorzubereiten bzw. durchzuführen.
Von 3D-gedruckten Hüftmodellen bis hin zu Augmented-Reality-Methoden: In der Forschungsgruppe Medizintechnik an der Hochschule Landshut tüfteln die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen an neuen Verfahren, die zukünftig Chirurginnen und Chirurgen bei Operationen unterstützen sollen.
3D-Drucke zur Anpassung von Implantaten
So werden in der Medizintechnik aktuell Methoden erforscht, um Implantate vorab besser an die Anatomie der Patienten und Patientinnen anzupassen – entweder mithilfe virtueller Knochenstrukturen oder mittels 3D-Druck. So untersuchte Edith Gramotke für ihre Bachelorarbeit im Labor für Medizintechnik, welche Möglichkeiten es gibt, Knochenstrukturen mithilfe von Computertomographie (CT) vor der Operation effizient zu segmentieren, d.h. virtuelle Modelle aus den CT-Daten zu erstellen.
Von links nach rechts: Prof. Dr. Babel, Prof. Dr. Remmele, Edith Gramotke, Dr. Ersch (Krankenhaus Agatharied, Lkr. Miesbach, Lehrkrankenhaus der LMU München) Foto: Hochschule Landshut
Dabei vergleicht Gramotke zusammen mit Medizinern und Medizinerinnen verschiedene Ansätze für den 3D-Druck von Strukturen. Unterstützung erhält sie von Prof. Dr. Norbert Babel, der hierfür sein Labor für additive Fertigung zur Verfügung gestellt und die Klinik bei der Auswahl eines geeigneten Druckers beraten hat. Prof. Dr. Stefanie Remmele, die den Forschungsschwerpunkt Medizintechnik leitet und die Bachelorarbeit betreut, freut sich: „Läuft alles nach Plan, sollen noch vor Abschluss der Bachelorarbeit die ersten Operationen mit Einsatz von 3D-Druckmodellen geplant werden.“
Von links nach rechts: CT Schichtbild, Segmentierung, Druckvorbereitung, fertige 3D Drucke der gesunden Hüftseite zur Anpassung von Implantaten. Grafik: Hochschule Landshut
Minimalinvasive Operationen mithilfe von KI und AR
Darüber hinaus beschäftigt sich die Forschungsgruppe Medizintechnik mit der Frage, wie Künstliche Intelligenz (KI) und Augmented Reality (AR) in Zukunft Operationen sicherer machen können. „Insbesondere wenn mehrere Lebertumore vorhanden sind, ist die Zuordnung zu den großen Lebergefäßen bei einer Operation schwierig“, berichtet Prof. Dr. Johannes Schmidt, Chefarzt und medizinischer Vorstand der LAKUMED Kliniken, der die Hochschule Landshut als Mitglied im Hochschulrat und im Fachbeirat für Medizintechnik und Gesundheitsmanagement unterstützt. Ärzte und Ärztinnen können von außen den optimalen Zugang sowie die Lage der Tumore nur schätzen. Zudem können nur acht Prozent der Lebertumore getastet werden.
Um Operationen an der Leber zu erleichtern und Gefäße in Zukunft besser aufzufinden, forschen Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen nun daran, AR-Technologien für solche Eingriffe zu nutzen. Dabei soll die reale Ansicht des Chirurgen mit virtuellen Modellen überlagert werden. Zudem existieren Verfahren des maschinellen Lernens, um virtuelle Modelle aus medizinischen MR- oder CT-Bildern zu erstellen oder richtig in der realen Welt zu positionieren. Remmele betont jedoch: „Lösungen zu AR-geführten Operationen besonders für die Leber stecken aber noch in den Kinderschuhen. Außerdem werden die Möglichkeiten maschinell lernender Algorithmen dort noch lange nicht ausgeschöpft.“
Gemeinsames Projekt soll Problem lösen
Die Forschungsgruppe Medizintechnik an der Hochschule Landshut will das Problem daher gemeinsam mit dem LAKUMED Krankenhaus Landshut-Achdorf angehen. Dabei wollen sich Professorinnen und Professoren aus den Fakultäten ETWI, Informatik und Maschinenbau mit einbringen, um so den Grundstein für gemeinsame Förderanträge und Drittmittelprojekte zu legen.
Ebenfalls im Projekt involviert ist Serouj Khajarian. Nachdem er an der Hochschule Landshut im Bachelor Biomedizintechnik und anschließend im Master Elektrotechnik studiert hat, unterstützt er nun als Doktorand die Initialisierung und Durchführung des Projekts im Rahmen seiner Promotion. Die neuen AR-Geräte und KI-Rechner, welche die Fakultät ETWI für das Labor Medizintechnik erworben hat, hat er bereits in Betrieb genommen. Derzeit optimiert er KI-Segmentierungsmodelle, um individuelle Leber- und Tumor-Modelle von Patientinnen und Patienten zu erstellen.
Serouj Khajarian, neuer Doktorand der Forschungsgruppe Medizintechnik, bei einem der ersten Experimente mit der Microsoft Hololens 2 im neuen Labor Medizintechnik (AI und VR). Foto: Hochschule Landshut
Verstärkung gesucht
Aktuell sucht das Projekt noch dringend Verstärkung von Nachwuchsingenieuren und -Ingenieurinnen sowie Informatik-Fachkräften. „Wir brauchen Unterstützung bei der Erforschung von Algorithmen und Implementierungsansätzen, für die App-Entwicklung und Hardwareoptimierung, dem Aufbau eines OP-Arbeitsplatzes und vielem mehr“, so Remmele. Geplant ist die Beteiligung von Studierenden besonders der oben genannten Fakultäten im Rahmen von Studierendenprojekten, im Master of Applied Research und in Abschlussarbeiten. Wer Interesse hat, bei dem Projekt mitzuwirken, kann sich gerne unter stefanie.remmele(at)haw-landshut.de melden.
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