Im Blickpunkt

ICCAS: neue Struktur, erweitertes Team, klarer Fokus

Nach einer erfolgreichen ersten Halbzeit hat ICCAS, das Zentrum für Innovationskompetenz für computergestützte Chirurgie, seine Projektziele für eine modellbasierte Chirurgie fokussiert.

Prof. Dr. Jürgen Meixensberger, Spezialist für Neurochirurgie, Sprecher von ICCAS und Dekan der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig skizziert die Herausforderung für die kommenden zwei Jahre ICCAS-Forschung: "Wir wollen einen funktionsfähigen Prototypen einer Softwarearchitektur entwerfen, die die unzähligen Daten aus unterschiedlichen Quellen, die sowohl prä-, intra- als auch postoperativ erhoben werden, logisch und sinnvoll verknüpft." Dabei müssen spezifische Anforderungen wie Echtzeitfähigkeit, Latenzminimierung und Redundanzen beachtet werden. "Diese zentrale Softwarearchitektur ist mit dem Herzstück eines zukünftigen Operationssaals vergleichbar. Obwohl man sie nicht sieht, wird sie nach und nach essenzielle Funktionen unseres Handelns beeinflussen", ergänzt Dr. Volkmar Falk, Herzchirurg und Mitglied des ICCAS-Vorstandes.

Dr. Gero Strauss und Kollegen im Operationssaal der Leipziger Uniklinik.

Dr. Gero Strauss, HNO-Spezialist und ICCAS-Vorstandsmitglied verdeutlicht das Forschungsthema über einen Vergleich: "Die Arbeit eines Chirurgen hat viele Parallelen zum Beruf des Piloten. In einem hochkomplexen Umfeld müssen beide Entscheidungen mit weitreichenden Konsequenzen treffen. Dabei spielen neben manuellen Fertigkeiten und individuellen Erfahrungen auch immer mehr Informationen eine Rolle. Allerdings haben wir es bei der Fliegerei in den vergangenen 100 Jahren viel besser geschafft, über sinnvollen Technikeinsatz das Gefahrenpotenzial zu minimieren. Uns treibt das Ziel an, das sehr individualisierte Handwerk des Chirurgen zu standardisieren, sinnvoll zu technisieren und damit für alle Beteiligten sicherer zu machen."

Was das konkret bedeutet, beschreibt Dr. Oliver Burgert, Leiter der Nachwuchsforschungsgruppe für modulare modellgestützte Assistenzsysteme: "Wir wollen die Infrastruktur im Operationssaal verbessern. Über eine spezielle Software soll es möglich sein, alle relevanten Patientendaten zusammenzuführen und sichtbar zu machen. Geht es nach uns, vollbringt zukünftig der Rechner einen großen Teil der Übersetzungsarbeit, die der Chirurg bisher im Kopf leistet."

Nach der Vision der ICCAS-Wissenschaftler verdichtet der Computer die Informationen, die die einzelnen Schichtbilder der Computertomografie zusammen mit den Daten des Ultraschalls und der Magnet-Resonanz-Tomografie über das Gewebe des Patienten liefern, und übersetzt sie in 3D-Realität. So könnte der Chirurg in einer plastischen Darstellung des jeweiligen Patientenorgans genau sehen, wo beispielsweise der Tumor liegt. Nach der Operation wäre eine Art Gegenkontrolle möglich, ob der Eingriff erfolgreich war und das gesamte bösartige Gewebe entfernt wurde. Zudem soll die Software fähig sein, die Patientendaten mit Informationen aus der Elektro-Myographie (EMG) zu verknüpfen und auszuwerten. Bei der EMG wird die natürliche, elektrische Aktivität eines Muskels gemessen und die Mediziner erhalten Hinweise darauf, ob der Muskel selbst erkrankt ist oder ob der Nerv, der diesen Muskel mit Information versorgt, nicht ausreichend funktioniert.

Mit einem solchen Programm wäre die Medizin also in der Lage, ein sogenanntes individuelles Patientenmodell zu erstellen. Eine originalgetreue Nachbildung etwa des Herzens ermöglicht es dem Chirurg dann zum einen, die Operation viel genauer zu planen, weil er z.B. die ideale Passform einer künstlichen Herzklappe berechnen kann. Zum anderen versteht der Patient anhand der optischen Darstellung besser, was bei dem Eingriff passieren wird.

In die neue Software werden außerdem Ergebnisse aus der ICCAS-Workflow-Analyse einfließen. Darin hatten die jungen Wissenschaftler untersucht, welche Arbeitsgänge im Operationssaal anfallen. Dr. Strauß erklärt: "Vorstellbar ist, dass die Software den Chirurgen sozusagen begleitet und alternative Schritte in komplizierten Situationen vorschlägt."

Neben der inhaltlichen Fokussierung hat ICCAS sich auch strukturell neu aufgestellt: Aus zwei Forschungsgruppen sind fünf geworden und das ICCAS-Team ist auf 30 Wissenschaftler angewachsen.

Dr. Rafael Mayoral leitet die Gruppe "Patientenmodell", die sich mit der Integration mehrdimensionaler Patientendaten beschäftigt. Thomas Neumuth ist Leiter der Projektgruppe "WissensManagement und Workflow". Zusammen mit seinem Team untersucht er, wie sich chirurgische Prozesse optimieren und durch eine Ablaufsteuerung unterstützen lassen. Integriert werden diese Arbeiten in der modularen Systemarchitektur "TIMMS" (Therapy Imaging and Model Management System). Die gleichnamige Arbeitsgruppe, in der die notwendigen Informatik-Voraussetzungen zur Datenkommunikation im modularen Operationssaal der Zukunft geschaffen werden, wird von Dr.-Ing. Oliver Burgert geleitet. Dr. Werner Korb steht der Gruppe "Bewertung der chirurgischen Automation" vor, die sich mit der Interaktion von Chirurg und automatisiertem Operationssaal nach ingenieurpsychologischen Kriterien befasst. Prof. Dr. Dirk Bartz ist Leiter der Gruppe "Visual Computing in Medicine", die sich mit der grafischen Darstellung klinisch relevanter Daten beschäftigt.

Diese Erweiterung wurde durch eine zusätzliche Förderung der Europäischen Union, des BMBF und des Freistaats Sachsen ermöglicht. Auch räumlich hat sich das Zentrum für Innovationskompetenz ausgebreitet und weitere Flächen im Forschungscampus der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig bezogen.

Weitere Informationen zum Zentrum für Innovationskompetenz ICCAS finden Sie hier.