MODUL M²OLIE INTERVENTIONSPLATTFORM
Das Modul Interventionsplattform befasst sich mit der Entwicklung von technischen Systemen für eine holistische und effiziente Steuerung der Prozesse im Interventionsraum. Sobald im M²OLIE Closed-Loop-Prozess eine diagnostische oder therapeutische Intervention erforderlich wird, übernimmt die Interventionsplattform die Steuerung und Überwachung des Eingriffs auf Raumebene und übergibt nach Beendigung des Eingriffs zurück an die Operational Platform. Hierzu verfügt die Plattform über Schnittstellen zur unmittelbaren Anbindung der Abläufe an den M²OLIE-Gesamtprozess.
Eine zentrale Aufgabe des Moduls besteht in der Realisierung einer Systemplattform, die diagnostische und therapeutische Systeme sowie Systeme zur Koordination organisatorischer Abläufe im Interventionsraum vollständig miteinander vernetzt und funktional integriert. Dabei werden die Hardware- und Softwarekomponenten ebenso in das Konzept einbezogen wie eine einheitliche Semantik zur Koordination der Abläufe auf Basis unterschiedlicher Datenquellen.
Das Ziel für die letzte Förderphase umfasst die Entwicklung und Evaluierung einer vollständig vernetzten Interventionsplattform und die Integration der Plattform in einem neuartigen MRT-Interventionsraum. Die Evaluierung erfolgt sowohl lokal als auch im Kontext des M²OLIE-Gesamtprozesses, wobei eine Steigerung der Effizienz und Präzision durch Digitalisierung und Automatisierung im Mittelpunkt stehen.
Die Projektaufgaben sind auf mehrere Teilprojekte aufgeteilt, die sich jeweils mit einer Lösung für einen bestimmten Prozess im Interventionsraum befassen. Über die Interventionsplattform werden die beteiligten Systeme über standardisierte Schnittstellen mit dem Ziel vernetzt, durch die so geschaffenen Interaktionsmöglichkeit präzisere und effizientere Abläufe zu schaffen.
Verortet ist die Interventionsplattform im Closed-Loop-Prozess bei der Biopsie und der therapeutischen Intervention. Die Kooperationspartner in diesem Projekt sind AMERIA, BEC ROBOTICS, Fraunhofer IPA, Getinge, GMV, KUKA, medicalvalues, Siemens Healthineers, Technische Hochschule Mannheim, Universitätsklinikum Bonn, Universitätsklinikum Mannheim, Universität Heidelberg und Zeiss.
M²OLIE INTERVENTIONSPLATTFORM: TEILVORHABEN
Teilvorhaben „Closed-Loop-Navigationsplattform“ – Universität Heidelberg
Das Teilprojekt Closed-Loop-Navigationsplattformkümmert sich um die Entwicklung eines raumgestützten Assistenzsystems zur Steuerung der Abläufe und Ressourcen verschiedener bildgestützter Interventionen. Es handelt sich dabei um eine Software, mit der verschiedene Eingriffe auf technischer Ebene modelliert werden. Sobald eine spezifische Intervention angefordert wird, kann die Navigationsplattform überprüfen, ob die dafür benötigten Geräte und Instrumente im Raum vorhanden und betriebsbereit sind. Während der Intervention übernimmt die Navigationsplattform die Funktion der Überwachung aller eingesetzten Geräte, sowie die genaue Lokalisierung der Instrumente. Hiermit wird sichergestellt, dass beispielsweise bei einer Nadelbiopsie der vorab geplante Pfad des Nadeleinstich exakt erreicht wird.
Die Plattform wird so ausgelegt, dass neue medizinische Anwendungen leicht ergänzt werden können. Zu diesem Zweck wird ein Basismodul mit Grundfunktionen des User-Interfaces und mit unterschiedlichen Methoden einer Pfadplanung und Prozessüberwachung entwickelt, auf dem die unterschiedlichen klinischen Anwendungen jeweils aufbauen können. Die Prozessregelung und -überwachung soll dabei erstmalig über eine direkte Rückmeldung durch MRT-Daten ermöglicht werden. Die Plattform soll außerdem flexibel für den Einsatz mit verschiedenen Modalitäten (CT, MRT, CBCT, Ultraschall, Mikroskopie) in unterschiedlich ausgestatteten Interventionsräumen einsetzbar sein. Für die Evaluierung wird als Anwendung zunächst eine automatisierte Biopsie und die Thermoablation ausgewählt. Außerdem wird das System als Alternative zum MRT zusammen mit dem INTRO-CT-System am CT erprobt.
Die Kooperationspartner in diesem Teilprojekt sind die Technische Hochschule Mannheim, das Universitätsklinikum Mannheim und die Universität Heidelberg.
Teilvorhaben „MRT-Roboterplattform“ – Universität Heidelberg
Dank der hervorragenden Darstellung von Weichgewebekontrasten und der Möglichkeit, Eingriffe in Echtzeit zu visualisieren, bieten MRT‑Interventionen in vielen Bereichen erhebliche Vorteile. Aufgrund des starken Magnetfelds im MRT ergeben sich jedoch komplexe technische Anforderungen an die eingesetzten Instrumente. Zur Durchführung sind daher hochspezialisierte technische Assistenzsysteme notwendig, die bislang nicht auf dem Markt verfügbar sind. In diesem Teilprojekt wird an einem kompakten robotischen Assistenzsystem geforscht, das innerhalb des MRT-Scanners zur Unterstützung nadelgeführter Eingriffe dient. Hierzu werden die eingesetzten Geräte so gekoppelt, dass eine gemeinsame Steuerung von Roboter und Bildgebung ermöglicht wird.
Das Projektziel besteht in der teilautomatisierten Durchführung einer Nadelsondenintervention im MRT. Hierfür werden einerseits ein MRT-kompatibler robotischer Manipulator und andererseits Methoden zur automatischen Erkennung von Strukturen im MRT-Bild, der automatischen Nachführung der MRT-Bildgebung sowie ein gemeinsames Steuerungskonzept für MRT und Robotersystem entwickelt.
Die Kooperationspartner in diesem Teilprojekt sind das Universitätsklinikum Mannheim und die Universität Heidelberg.
Teilvorhaben „Optisches Überwachungssystem für die Ablaufkontrolle, Überwachung und Dokumentation“ – Technische Hochschule Mannheim:
Coming soon…
Teilvorhaben „Robotergeführte, adaptive Seed-Implantation außerhalb der Prostata“ – Universität Heidelberg
Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der Anwendungsentwicklung unter Verwendung des guidoos aus der 2. M²OLIE-Förderphase. Erforscht wird ein adaptiver Ansatz zur perkutanen Seed-Implantation. Die Seed-Brachytherapie ist eine Anwendung aus der Strahlentherapie, bei der reiskornförmige Strahlenquellen („Seeds“) in Tumoren implantiert werden. Durch die Positionierung der Quellen im Tumorgewebe und einer steil abfallenden Dosisverteilung ist es möglich, das Zielvolumen mit hohen Dosen zu behandeln, während die umliegenden Organe geschont werden. Kleine Abweichungen in der Positionierung der Seeds können einen großen Einfluss auf die Dosisverteilung haben. guidoo unterstützt mit einer effizienten und genauen Platzierung der Implantationsnadeln. Im adaptiven Ansatz werden die verbleibenden Abweichungen im Laufe der Implantation bestimmt und durch Anpassung des restlichen Behandlungsplanes kompensiert. Die Kooperationspartner in diesem Teilprojekt sind BEC, Fraunhofer IPA, das Universitätsklinikum Mannheim und die Universität Heidelberg.
Teilvorhaben „Kypho IORT – Patient:innenindividualisierung der Bestrahlung der Kypho-IORT“
Dieses Teilprojekt befasst sich mit Methoden zur Patient:innenindividualisierung bei intraoperativen Bestrahlungen (IORT) wie z. B. einer Kypho-IORT. Bei einer IORT wird Röntgenstrahlung während einer OP direkt nach der Tumorentfernung oder mit direktem Zugang zum Tumor angewendet, um (verbleibende) Tumorzellen zu zerstören. Hier werden Methoden zur Nachverfolgung der Intrabeam Röntgenquelle erforscht. Im nächsten Schritt werden die aus der Nachverfolgung entstehenden Unsicherheiten mit der Bestrahlungsplanungssoftware Radiance simuliert und ihre Auswirkungen evaluiert. Die Anwendbarkeit und klinische Translation der Technik wird mit Phantomen getestet. Kooperationspartner dieses Teilprojekts sind Zeiss, GMV, Fraunhofer IPA, das Universitätsklinikum Mannheim und die Universität Heidelberg.
