Digital Health getriebene Therapiesysteme
ACMIT legt unter verstärkter Berücksichtigung chirurgischer Daten den Schwerpunkt auf die Entwicklung neuer Technologien für minimal- und mikroinvasive Verfahren – das Ziel sind „Digital Health getriebene Therapiesysteme“.
Aus technischer und „prozeduraler“ Sicht deckt die Forschung und Entwicklung von ACMIT die gesamte Kette von Aktivitäten von der fortschrittlichen Planung der Therapie bis hin zur Durchführung der Therapie mit intelligenten Werkzeugen (z. B. mit in-situ Monitoring der Therapie, erweiterte Kontrolle des Therapieprozesses) und Führung dieser Werkzeuge (z. B. mittels medizinischer Robotersysteme oder Navigationstechnologie) bis hin zu Aspekten bezüglich Anwenderseite (z. B. Workflow-Unterstützung) und sogar darüber hinaus (z. B. Einrichtung einer chirurgischen Wissensbasis für eine globalere Weiterentwicklung chirurgischer Verfahren). Um die Kette der translationalen Forschung und Entwicklung zu vervollständigen, umfasst die Arbeit von ACMIT auch die Bewertung dieser neuen Technologien in realistischer klinischer Umgebung, die auch den erhöhten Anforderungen der EU-Medizinprodukteverordnung (MDR) berücksichtigt. Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten von ACMIT sind in drei Forschungsbereiche gegliedert. Der Forschungsumfang wurde in eine "Sense – Plan – Act"-Struktur gegliedert.
Ihr Ansprechpartner
Gernot Kronreif
Dipl.-Ing. Dr.techn.
Chief Scientific Officer
+43 2622 22859 0gernot.kronreif@acmit.at
Autonomie in der Chirurgie
Dieser Forschungsbereich befasst sich mit Werkzeugen und Methoden zur Durchführung von Behandlungen, d. h. die Umsetzung geplanter Maßnahmen in Maßnahmen - einschließlich Methoden zur Anpassung geplanter Maßnahmen auf der Grundlage der tatsächlichen Situation. Im Kontrollschema eines Therapieprozesses deckt dieser Bereich die „handelnde“ Phase ab.
Das Forschungsthema „Intelligente Werkzeuge und Instrumente“ befasst sich mit einigen der wichtigsten Punkte zur Verbesserung modernster Minimalinvasive Chirurgie (MIC)- Verfahren. Basierend auf dem bestehenden Konzept für steuerbare Stiletts und Trokare werden Werkzeuge für konkrete Anwendungen entwickelt und klinisch getestet. Die Aktivitäten im Bereich Werkzeugdesign beziehen sich auch auf die Integration der im Forschungsbereich „Sensorsysteme für Diagnose und Therapie“ entwickelten Sensoren in chirurgische Werkzeuge zur Echtzeit in-vivo Therapieüberwachung. Vervollständigt wird das Spektrum der Aktivitäten in Bezug auf „intelligente Werkzeuge“ durch die Untersuchung neuer chirurgischer Zugangssysteme. Darüber hinaus werden neue Anwendungsmöglichkeiten für unsere bestehende Robotertechnologie sowie Konzepte für kognitive chirurgische Systeme untersucht. Dabei werden insbesondere Aspekte der autonomen Aufgabenausführung sowie kollaborative Mensch / Roboter-Setups im Hinblick auf konkrete klinische Anwendungsfälle analysiert.
Das Forschungsthema „Informationsbasierte Therapie“ zielt darauf ab, Konzepte für eine datenbasierte Behandlung zu untersuchen. Es werden neue Methoden für die chirurgische Navigation entwickelt, darunter eine effiziente und genaue Registrierung, Weichteilnavigation und Navigation auf der Basis von Echtzeit Bildgebung. Darüber hinaus befassen wir uns mit der Behandlungsoptimierung auf Basis von Sensordaten im lokalen Kontext sowie global durch die Berücksichtigung von Methoden aus den Bereichen "Surgical IoT" und "Surgical Data Science".
Ihr Ansprechpartner
Gernot Kronreif
Dipl.-Ing. Dr.techn.
Autonomy in Surgery, Sensor Systems
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Chirurgische Daten für eine Optimierte Therapie
„Surgical Data Science“ (SDS) ist ein neues Feld und ein wesentlicher Beitrag zum aktuellen Trend der „Digitalisierten Medizin“ bzw. „Chirurgie 4.0“. SDS umfasst die strukturierte Erfassung relevanter Daten über die gesamte diagnostische und therapeutische Handlungskette und die Nutzung der daraus resultierenden Datenbanken zur Optimierung von Therapieverfahren.
Das COMET-Modul „Surgical Data for Optimized Therapy“ (SD-OpT) von ACMIT stellt eine wichtige Erweiterung der Forschungsbereiche von ACMIT dar - sensorintegrierte Tools, medizinisches IoT oder patientenspezifische Planungstools sind eine ideale Grundlage für SDS.
SD-OpT untersucht Methoden der manuellen und automatischen Wissensextraktion aus Datenströmen und der Analyse anwendungsspezifischer Daten, um relevante Zusammenhänge zur Optimierung von Diagnose und Behandlung zu identifizieren. SD-OpT demonstriert das immense Potenzial von SDS durch die Realisierung repräsentativer und aussagekräftiger klinischer Pilot-Anwendungen. Die Ergebnisse von SD-OpT werden von ACMIT in „Digital Health Driven Therapy Systems“ integriert.
Die F&E-Aktivitäten sind in drei Projekte gegliedert:
- PR1: Modellierung, Speicherung und Verteilung von Informationen
- PR2: Datenanalyse und Wissensextraktion
- PR3: Evaluierung von SDS in wichtigen klinischen Anwendungen
SD-OpT bildet eine große Koalition führender Institute in den Kernbereichen von SDS - eine enge Zusammenarbeit von internationalen hochrangigen Partnern aus Wissenschaft und Industrie.
Wissenschaftliche Partner:
- Technische Universität Delft, Institut für Biomechanische Technik (Delft, NL)
- Deutsches Krebsforschungszentrum DKFZ (Heidelberg, DE)
- Innovationszentrum für Computerassistierte Chirurgie (ICCAS) Universität Leipzig (Leipzig, DE)
- INSERM/MediCIS, Universität Rennes (Rennes, FR)
- Tokyo Women’s Medical University, ABMES (Tokyo, JP)
- Universität Innsbruck, Institut für Informatik (Innsbruck, AT)
Key Researcher:
- Dr. Pierre Jannin, MediCIS/INSERM - Universität Rennes
- Dr. Thomas Neumuth, ICCAS - Universität Leipzig
- Dr. Keno März, DKFZ Heidelberg
Unternehmenspartner:
- EBG MedAustron GmbH (Wiener Neustadt, AT)
- Erbe Elektromedizin GmbH (Tübingen, DE)
- Evaluation Software Development GmbH (Innsbruck, AT)
- Richard Wolf GmbH (Knittlingen, DE)
- World-Direct eBusiness solutions GmbH (Sistrans, AT)
Ihr Ansprechpartner
Tamás Haidegger
Dipl.-Ing. Dr.techn.
Therapy Planning and Workflow Support, Surgical Data Science
+43 2622 22859 0tamas.haidegger@acmit.at
Sensorsysteme für Diagnose und Therapie
Dieser Forschungsbereich beschäftigt sich hauptsächlich mit der Entwicklung neuartiger Sensortechnologie für die Therapieüberwachung und deckt die "Sensing"-Phase im Kontrollschema eines Therapieprozesses ab.
Hauptthemen sind „Hochentwickelte Sensorsysteme“ und „Verbesserung der Sehqualität“.
“Hochentwickelte Sensorsysteme“ zielen darauf ab, intraoperativ Feedback an den Chirurgen zu geben. Das geschieht durch system-/instrumentenintegrierte Sensorkomponenten. Dieses Echtzeit-Feedback über das behandelte Gewebe kann die Intervention signifikant verbessern oder direkt diagnostische Ergebnisse liefern. Geplant ist unter anderem die Entwicklung miniaturisierter Sensorkomponenten zur Integration in Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie (z.B. nadelbasierte Werkzeuge mit Sensorik). Zusammen mit der Sensordatenerfassung und Signalanalyse bilden diese Themen die Forschungsschwerpunkte. Ein weiterer Teil der Aktivitäten betrifft sensorbasierte Systeme und Werkzeuge, die nicht direkt an chirurgischen Eingriffen beteiligt sind. Diese Aufgaben sind für Point-of-Care-Anwendungen, die in den Bereichen Prävention und häusliche Pflegeüberwachung angesiedelt sind. Ziel ist patientenindividuelle Daten für Diagnose und therapiebezogene Entscheidungen zur Verfügung zu stellen.
Basierend auf unserem Know-how im Bereich Optikdesign in Kombination mit Simulationswerkzeugen befasst sich das Thema „Verbesserung der Sehqualität“ mit der Entwicklung optischer Elemente unter dem Begriff „Qualität des Sehens“. Der Schwerpunkt der Aktivitäten liegt in der Augenheilkunde, insbesondere Optikdesign-Konzepte für Intraokularlinsen (IOLs) in Kombination mit Methoden/Werkzeugen zur Bewertung der subjektiven Sehqualität und der Patientenzufriedenheit. Multifokale und erweiterte Tiefenschärfe-IOLs ermöglichen einerseits die Erfüllung individueller Patientenwünsche in der Kataraktchirurgie, erfordern andererseits aber auch eine verbesserte Patientenunterstützung bzw. -führung, die im klinischen Workflow durch geeignete Werkzeuge unterstützt werden muss. Daher gehören das Linsendesign für Kapselsack-IOLs sowie ergänzende Linsenplattformen zu den Hauptforschungsaufgaben. Neben diesen Aktivitäten in der Augenheilkunde arbeiten wir an optischen Setups und Komponenten, die nicht direkt einer sensorischen Funktionalität gewidmet sind, wie z.B. der Verbesserung der begrenzten Sicht des Chirurgen bei endoskopischen Anwendungen.
Ihr Ansprechpartner
Gernot Kronreif
Dipl.-Ing. Dr.techn.
Autonomy in Surgery, Sensor Systems
+43 2622 22859 0gernot.kronreif@acmit.at
Therapieplanung und Workflow-Unterstützung
Dieser Forschungsbereich beschäftigt sich mit neuen Methoden zur chirurgischen Behandlungsplanung in der präoperativen Phase sowie mit der Workflow-Unterstützung um dem Chirurgen zu helfen, nicht vom Plan abzuweichen. Im Kontrollschema eines Therapieprozesses deckt dieser Bereich die "Planungsphase" ab.
Das Thema „Therapie-Workflow-Unterstützung“ befasst sich mit verschiedenen Aspekten der Workflow-Unterstützung, wie die Aktualisierung unseres aktuellen Workflow-Bewertungssystems, die Entwicklung einer generischen Workflow-Modellierungs-Toolbox und die Implementierung einer Workflow-Engine. Eine Hauptaufgabe ist die Erzeugung prozessspezifischer Prozessmodelle und deren Anwendung für Workflow-Monitoring- und Workflow-Support-Systeme. Die oben genannten Module werden in Demonstratoren in verschiedenen Konfigurationen und für verschiedene klinische Anwendungsfälle integriert.
Das Thema „Erweiterte Planungskonzepte“ beschäftigt sich grundsätzlich mit zwei unterschiedlichen Ansätzen für die präoperative Planung. Die Untersuchung von Software-Werkzeugen für die Planung fokussiert sich insbesondere auf die Integration von Simulationsmethoden in den Planungsprozess zur sofortigen Abschätzung des Behandlungseffekts und zur iterativen Planungsverbesserung. Darüber hinaus werden Einsatzmöglichkeiten bereits vorhandener Daten/Kenntnisse für eine optimale Planung untersucht. Das Potenzial von additiver Fertigung (3D Druck) in der präoperativen Planung wird detailliert analysiert – einschließlich des Einsatzes in ausgewählten Anwendungsfällen.
Ihr Ansprechpartner
Tamás Haidegger
Dipl.-Ing. Dr.techn.
Therapy Planning and Workflow Support, Surgical Data Science
+43 2622 22859 0tamas.haidegger@acmit.at
Anleitung künstlicher Intelligenz für die Roboter-Augenchirurgie (GEYEDANCE)
Partner:
- University of Verona, Altair Robotics Laboratory, Italien
- PRECEYES BV, Holland
- University of Ferrara, Italien
- University of Bern, ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, Schweiz
- ZEISS Corporate Research and Technology (CRT), Deutschland
- ZEISS Medical Technology (MED), Deutschland
ACMITs Beitrag:
- Koordination des Projekts
- Durchführung von translationaler F&E für neue Therapieoptionen, einschließlich Regulatory Affairs Management
- Das Robotersystem von PRECEYES wird verwendet und angepasst, um eine einzigartige, von ACMIT entwickelte intraokulare Distanzerfassungsmodalität
- Entwicklung und Evaluation künstlicher Intelligenz (KI) - Leitsystems bei der Beurteilung der klinischen und Usability-Anforderungen
Beschreibung:
- GEYEDANCE künstliche Intelligenz-basiertes System unterstützt Netzhautchirurgen bei der Optimierung der OP, um die geistige und körperliche Belastung des Chirurgen zu reduzieren
- Bessere Operationsergebnisse für die Patienten
- Ausarbeitung konkreter und „fast zertifizierungsreifer“ Technologie, die im Rahmen einer ersten klinischen Studie evaluiert wird.
- CE-zertifizierte Roboterplattform “PRECEYES Surgical System”
- Ein Prototyp für ein optisches Common-Path-Kohärenztomographie(OCT)-System mit erweiterter Messtiefe entwickelt von ACMIT
- Entwicklung von KI-Komponenten
- Ein Gremium aus weltweit führenden Augenchirurgen, geleitet von der Universität Ferrara, bietet Anwendereinblicke und evaluiert die Ergebnisse
Nachahmung von Anpassung und Plastizität bei WÜRMERN (MAPWORMS)
Partner:
- Sant’Anna School of Advanced Studies, The BioRobotics Institute, Italien
- National Inter-University Consortium for Marine Sciences, Italien
- Hellenic Centre for Marine Research, Institute of Marine Biology, Biotechnology and Aquaculture, Griechenland
- Hebrew University of Jerusalem, Chemistry Department, Israel
- Vexlum Ltd., Finnland
ACMITs Beitrag:
- Translationale F&E für neue Therapieoptionen
- Entwicklung von Sensorsystemen für chirurgische Eingriffe
- Entwicklung eines Multimaterial-3D-Druckers
Beschreibung:
- Entwicklung des ersten bioinspirierten formverändernden Roboters basierend auf stimuli-responsiven Materialien
- Inspiriert von der marinen Annelida
- Vollständig autonomer Roboter für verschiedene Aufgaben durch Anpassung an die Umgebung
- Intelligente Hydrogele mit Formgedächtnis, die Morphing-Roboter darstellen und sich mit nicht-reaktiven Elementen verbinden
- US-Scanner mit hochauflösenden Transducer für die Realtime-Bildgebung der Aktuator-/Roboterelemente
- Instrumentarium von medizinischen 3D-Tracking-Systemen für Realtime-Tracking von Aktuator-/Roboterelementen
- Verschiedene 3D-Drucker für schnelles Prototyping
- Experimenteller OP zur Validierung/Demonstration ausgewählter biomedizinischer Anwendungsfälle
- Testaufbau für optische und faseroptische Elemente
Smarter autonomer robotergestützter Assistenzchirurg (SARAS)
Partner:
- University of Verona (UNIVR), Italien
- University of Moderna and Reggio Emilia (UNIMORE), Italien
- University of Ferrara (UNIFE), Italien
- Ospedale San Raffaele (OSR), Italien
- Universitat Politecnica de Catalunya (UPC), Spanien
- University of Dundee (UNIVDUN), UK
- Oxford Brookes University (OBU), UK
- Medineering GmbH (MEDIN), Deutschland
ACMITs Beitrag:
- Systemintegration und Phantomdesign
- Entwicklung multifunktionaler Werkzeuge, Medizinrobotik, Trainingssysteme für die medizinisch chirurgische Aus- und Weiterbildung sowie Workflow-Analyse
- Technische Spezifikation und Optimierung
- Usability Engineering und Unterstützung von Unternehmenspartnern bei der Produktzertifizierung
- Unterstützung von Verbreitungsmaßnahmen mit dem Netzwerk von klinischen Partnern und Krankenhausbetreibern
- Erschließung neuer Märkte (chirurgische Robotik, Phantomdesign und Training) zur kommerziellen Nutzung der Projektergebnisse
- Anwendung zertifizierter Entwicklungsprozesse (ISO 13485)
Beschreibung:
- Entwicklung der nächsten Generation von Roboter-Chirurgie Systemen für einen Chirurgen zur Durchführung von minimalinvasiven Roboteroperationen (R-MIS) ohne die Notwendigkeit eines erfahrenen Assistenzchirurgen
- Solo-Chirurgie System, bestehend aus einem Paar kooperierender und autonomer Roboterarme, die die chirurgischen Instrumente halten
- Nutzung eines bahnbrechenden Moduls für künstliche Intelligenz (KI) zur Entwicklung eines kognitiven Robotersystems, das in der Lage ist, die aktuelle und zukünftige chirurgische Situation autonom zu verstehen und vordefinierte Aktionen am richtigen Ort und zur richtigen Zeit auszuführen
- Die Roboter-Assistenzarme von SARAS erfüllen alle Aufgaben, die der Assistenzchirurg während eines robotischen oder laparoskopischen Eingriffs durchführt
Task Force zu Verpflichtungen für Medizinprodukte (MDOT)
Partner:
- Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung E.V., Deutschland
- DEMCON advanced mechatronics Zuid B.V., Holland
- Borm Nanoconsult Holding BV, Holland
- FUNDACION CIDETEC, Spanien
- Manegold Christoph-Robert, Deutschland
- Medizinische Hochschule Hannover, Deutschland
- University of Southampton, UK
- Universität Linz, Österreich
- Uniwersytet Medyczny im Karola Marcinkowskiego W Poznaniu, Polen
- University of Leeds, UK
- Mathys AG Bettlach, Schweiz
- University of Luxembourg, Luxemburg
ACMITs Beitrag:
- Minimalinvasive Chirurgie
- Datenbankentwicklung
- Beratungsleistung
- Qualitäts- und Risikomanagement
- Prototyping für klinische Tests
Beschreibung:
- Einrichtung einer Datenplattform für eine vereinfachte und kostengünstige Konformitäts- und Sicherheitsbewertung, die auf die regulatorischen Anforderungen kleiner und mittelständischer Unternehmen (KMU) im MedTech-Bereich angesichts der Medizinprodukteverordnung (MDR)
- Prüfstände für Medizinprodukte angesichts der MDR verbessern und weiterentwickeln
- Reduzieren der MDR-Belastung für KMU, die sich die erforderlichen Tests nicht leisten können
- Automatisierung und Prognose
- Das Ziel von MDOT ist der Aufbau einer nachhaltigen Plattform, die es MedTech-KMU ermöglicht:
- eine Datenbank mit detaillierten Testdaten häufig verwendeter Komponenten aufzubauen
- Testdaten sicher und transparent auszutauschen, indem modernste Technologie verwendet wird, um die Kosten zu senken und gleichzeitig die Qualität und Sicherheit von Medizinproduktinnovationen zu erhöhen
- präklinische Evaluierungen häufig verwendeter Teile durchzuführen
- Zugang zu fortschrittlichen Test- und Herstellungsmethoden zu erhalten
