NETZWERK PERSONALISIERTE NEUROCHIRURGIE
PROJEKTE
Entwicklung eines Systems zur Planung und Fertigung patientenspezifischer Schädelimplantate unter Verwendung additiver Fertigungsverfahren und Techniken des maschinellen Lernens PSI-System
Aufgrund dessen, dass die Implantatbereitstellung für eine Kranioplastik heutzutage etwa 2-6 Wochen beträgt, besteht der Anspruch, die Entwicklungszeit der Implantate erheblich zu verringern. Erreicht werden soll dies durch die Entwicklung einer Prozesskette zur Herstellung patientenspezifischer Schädelimplantate mit den neuen 3D-Drucksystemen, mit denen Schädelimplantate aus verschiedenen Materialien wie PEEK/ PEKK, Biokeramik und Titan hergestellt werden können.
Für die CT-basierte präoperative Planung des patientenspezifischen Schädelimplantats wird derzeit eine Software eingesetzt, die mehrere Stunden benötigt, um die relevanten anatomischen Strukturen zu segmentieren und das CAD-Modell des Implantats zu erstellen. Während des Implantat-Planungsprozesses ist derzeit die Interaktion zwischen dem Chirurgen und dem Ingenieur nicht optimal.
Daher erfolgt zusätzlich die Entwicklung einer Cloud-basierten Planungssoftware mit Anwendung von Methoden des maschinellen Lernens, um die relevanten anatomischen Strukturen innerhalb der CT-Bilder zu segmentieren und automatisch verschiedene Designversionen des Implantats zu erstellen, die dem Chirurgen vorgeschlagen werden.
Projektpartner:
- MTG Medizintechnik Göhl
- ISD - Internet Systems GmbH Dresden
- Westsächsische Hochschule Zwickau, Fakultät Wirtschaftswissenschaften, Fakultät Automobil –und Maschinenbau
- Universität Leipzig, Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie
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Erstellung der Implantatgeometrie basierend auf den umliegenden Krümmungen des intakten Schädelknochens -
Prozesskette zur Herstellung patientenspezifischer Schädelimplantate mittels Cloud-basierter Planungssoftware
Planungssoftware zur Zielpunktplanung für Operationen der Tiefen Hirnstimulation unter Verwendung der Probabilistischen Traktografie THSpro
Das Gehirn ist die Schaltzentrale des menschlichen Körpers. Es steuert Bewegungsabläufe und Handlungen, sowie Sprache und Wahrnehmung unserer Umwelt. Diese Funktionen werden ermöglicht durch ein komplexes Netzwerk von Nervenzellen und Nervenbahnen. Störungen und Veränderung dieses Netzwerks können einen erheblichen Einfluss auf sämtliche Funktionen des menschlichen Körpers haben.
Um evtl. Erkrankungen zu diagnostizieren ist es wichtig den Verlauf der Nervenbahnen darstellen zu können. Die derzeit einzige Methode, welche im klinischen Umfeld eine Möglichkeit der nicht invasiven Rekonstruktion der Nervenfaserbündel ermöglicht ist die Diffusionstensor Bildgebung (DTI) mit anschließender Traktografie.
Ziel des Projektes ist die Erstellung einer Software welche es ermöglicht einen einfachen Workflow der probabilistischen Traktografie in klinische Abläufe zu integrieren und deren Ergebnisse für die Diagnostik und Operationsplanung zu nutzen. Hierbei finden Methoden des maschinellen Lernens Anwendung welche die Perfomance und Nutzbarkeit verbessern sollen.
Die Software soll sowohl als eigenständige Lösung umgesetzt werden als auch als Backend für andere Operationsplanungssoftware dienen um ein möglichst breites Anwendungsfeld zu adressieren.
Projektpartner:
- 4K Analytics GmbH Leipzig
- Westsächsische Hochschule Zwickau, Fakultät Physikalische Technik/Informatik
- Universität Leipzig, Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie
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Co-Registrierte Darstellung der rekonstruierten Streamlines im Corpus Callosum und der MRT-Messung.
Entwicklung eines computerassistierten Systems zur Unterstützung von Planung und Durchführung bei Tumorresektionen ZEREPRO AROP
Das Ziel des Projektes und Innovation ist die Entwicklung eines Systems zur augmentierten intraoperativen Informationsdarstellung in der Neurochirurgie. Das zentrale Anwendungsgebiet soll die Entfernung von tumorösen Hirngewebe bzw. der Tumorresektion (z. B. Glioblastom) sein. Wesentliche Zielparameter sind eine deutliche Verringerung der Operationszeit sowie eine Erhöhung der Präzision, um intraoperative Traumata zu vermeiden. Das System soll dies erreichen, in dem der ständige Fokuswechsel des Chirurgen zwischen Situs und Operationsmonitor vermieden wird. Bestandteile des Vorhabens sind die Bilddatenfusion unterschiedlicher Modalitäten, die intraoperative Bildgewinnung sowie die Entwicklung eines 3D-Druck basierten Testszenarios.
Projektpartner:
- FAKT Software GmbH
- Westsächsische Hochschule Zwickau, Fakultät Physikalische Technik/Informatik
- Universität Leipzig, Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie
Entwicklung eines intelligenten Hirnspatels zur Ermittlung der intraoperativen Belastung auf das Hirnparenchym bei neurochirurgischen Eingriffen ZEREPRO HIST
Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen „intelligenten“ Hirnspatels mit integrierter Sensorfunktion zur Erfassung der mechanischen Krafteinwirkung auf das Hirngewebe und zur Signalgabe bei drohender Hirngewebsschädigung. Die von der Sensorik erhobenen Daten sollen dem operierenden Facharzt (Neurochirurg) sowohl intra- (Monitoring) als auch postoperativ zur Verfügung stehen. Letzteres soll im Sinne einer Daten-Auswerteeinheit zur Qualitätssicherung und Risikominimierung für zukünftige neurochirurgische Eingriffe nutzbar gemacht werden können. Eine derartige Entwicklung wird bei entsprechender Sicherheit und Akzeptanz großen Einfluss auf die Qualität und Patientensicherheit zukünftiger neurochirurgischer Eingriffe am Gehirn haben.
Der Fokus des Projekts liegt auf der Anpassung eines geeigneten Spateldesigns (Dicke, Form, Material etc.) im Sinne des Neurochirurgen. Desweiteren wird eine Sensorik verwendet und entwickelt, die sowohl die geforderte Messgenauigkeit liefern kann und auch ausreichend robust für die Messumgebung ist. Abschließende Untersuchungen zur Validierung erfolgen durch einen Facharzt unter realitätsnahen Bedingungen am Körperspender.
Projektpartner:
- MicroHybrid Electronic GmbH
- Universität Leipzig, Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie
- Westsächsische Hochschule Zwickau, Fakultät Physikalische Technik/Informatik
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Entwickeltes Hirnspatelsystem mit Messbox und Auswerteeinheit im Validierungs-Setup -
Entwickeltes Hirnspatelsystem mit Messbox und Auswerteeinheit im Validierungs-Setup
Entwicklung eines Systems zur direkten Messung der Blutsauerstoffsättigung des Hirngewebes während des Spateleinsatzes bei intrakraniellen Eingriffen ZEREPRO OXYPro
Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Spatelsystems, welches die Blutsauerstoffsättigung des Parenchyms direkt misst und damit das Risiko postoperativer Schäden minimiert. Die von der Sensorik erhobenen Daten sollen dem Operateur sowohl intra- als auch postoperativ für Patientenmonitoring und OP-Dokumentation zur Verfügung stehen. Die Datenübertragung wird drahtlos mit OP-geeigneten, sowie sicheren Technologien erfolgen. Dem Operateur soll das System während eines Eingriffs als Entscheidungshilfe dienen, den Spatel eventuell neu zu platzieren, umzuformen oder zu entfernen. Dabei soll die Flexibilität bewährter Systeme durch das händische Zurechtbiegen erhalten bleiben. Zur Verbesserung der Marktchancen soll es als Einmalprodukt konzipiert und entwickelt werden. Jedoch soll auch die Möglichkeit der Mehrfachverwendung bestehen.
Zur projektbegleitenden Entwicklungsunterstützung und produktionsbegleitenden QM-Maßnahmen nach Inverkehrbringen wird ein Prüfsystem entwickelt. Dieses System wird keine biologischen Flüssigkeiten und Probekörper verwenden. Damit entfällt die aufwändige und kostenintensive Frischpräparatversorgung bzw. Tieftemperaturlagerhaltung biologischer Gewebe. Es werden sowohl ein Prüfkörper zur Simulation der mechanischen Eigenschaften des Parenchyms, als auch eine Prüflösung als Blutalternative basierend auf aktueller wissenschaftlicher Literatur hergestellt und geprüft. Diese werden in ein (teil-) automatisiertes Prüfsystem integriert. Mit dem Gesamtprüfsystem können definierte Prüfprotokolle abgefahren und dokumentiert werden. Sowohl in der experimentellen Erprobung, als auch der produktionsbegleitenden Qualitätssicherung kann das Prüfsystem herangezogen werden.
Projektpartner:
- MicroHybrid Electronic GmbH
- Universität Leipzig, Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie
- Westsächsische Hochschule Zwickau, Fakultät Physikalische Technik/Informatik
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Skizze zur technischen Umsetzung eines Hirnspatels mit integrierter Messeinheit der Blutsauerstoffsättigung