The aim of this international project is to substantially improve medical care during European disaster relief missions. The various EU Member States are contributing their specific expertise in order to develop a mobile emergency field hospital which can be quickly set up and used to treat a large number of patients from first response to hospital care. (mehr lesen)

Projektbeschreibung

Bei der Infrarotthermografie wird elektromagnetische Strahlung, die das menschliche Auge nicht sehen kann, von einem (warmen) Objekt gemessen. Sensoren in der Wärmebildkamera konvertieren die emittierten und reflektierten Strahlungen in grafische Bilder, in denen die Bildintensitäten proportional zu den Körpertemperaturen dargestellt sind. Dieses Verfahren ist nichtinvasiv, kontaktlos und einfach in der Anwendung. Der Anwendungsbereich von Thermografie in der Medizin ist breit: Untersuchung bei Kreislaufstörungen und Gelenkentzündungen, Detektion von Tumoren oder Untersuchung der Durchblutung von Gewebe. Da dieses Verfahren keinen Kontakt mit dem Patienten erfordert, sind Wärmebildkameras besonderes für den Einsatz in der Chirurgie geeignet.

Hersteller bieten derzeit eine große Auswahl an Wärmebildkameras an, die für die Anwendung im OP-Saal jedoch nicht optimal geeignet sind. Die Anforderungen sind: die Aufnahme eines kleinen Bereiches in einem Bild mit maximaler Anzahl von Pixeln, die Detektion von minimalen Temperaturunterschieden, die Kompatibilität des Systems mit der OP-Umgebung (Größe, Mobilität, Bedienfreundlichkeit). Außerdem wird die Aufnahme und Darstellung der Bilder von Software gesteuert, die nur einfache Werkzeuge für die Auswertung der Wärmebilder anbietet. Für eine genauere Auswertung der Wärmebilder, besonderes bei der dynamischen Thermografie, soll die Software verbessert und ergänzt werden.

Die Entwicklung eines DIRTH-Systems (Dynamisches InfraRotTHermografiebildgebungs-System) soll die Verwendung der Thermografie im OP-Saal erleichtern und die Interpretation bzw. die Auswertung der thermischen Bilder verbessern.

Forschungsziele

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines leichten und portablen Infrarotthermografiegerätes für den Einsatz im OP-Saal. Das System muss kompakt und transportabel sein, damit es einfach in verschiedenen OP-Sälen eingesetzt werden kann. Das zu entwickelnde System wird mit leistungsfähigen Softwarealgorithmen für eine optimale Visualisierung und Auswertung der thermischen Bilder bei statischer und dynamischer Thermografie ausgestattet. Abschließend erfolgt eine Evaluierung des DIRTH-Systems und seiner Funktionen mit den klinischen Partnern im OP-Saal.

Thematische Schwerpunkte

• Entwicklung eines neuen, kompakten und transportablen Systems für dynamische Thermografiebildgebung
• Entwicklung von neuen Funktionen für die Auswertung dynamischer Thermografie
• Evaluation bei plastischer Chirurgie

Im Projekt werden informationstheoretische Konzepte zur formalen Beschreibung und Modellierung von Patientendaten und von chirurgischen Entscheidungsprozessen erstellt. Patientenmodelle verknüpfen und analysieren sämtliche für eine Operation und Therapieplanung relevante Daten und ermöglichen somit eine Rundumdarstellung des Patienten sowie seines erkrankten Organs. Entscheidungsmodelle beschreiben die Entscheidungsprozesse. (mehr lesen)

Das Hauptziel von Zahnbehandlungen ist die Mundgesundheit sowie der Erhalt der Zahnstrukturen. Hierzu ist ein modernes Kariesmanagement (Prophylaxe) erforderlich, welches alle Verfahren zur Verhinderung neuer kariöser Läsionen (Defekte) umfasst. Ebenso wichtig ist die Erkennung und Beurteilung von frühen kariösen Läsionen und die Überwachung von direkten und indirekten Restaurationen (Zahnwiederherstellungs-Bonding). Das nichtinvasive bildgebende OCT ist ein geeigneter Ansatz zur Darstellung harter Zahnstrukturen bis zu einer Tiefe von 2,5 mm. Frühere Studien zeigten, dass der Nachweis kariöser Läsionen und die Beurteilung des Zahn-Komposit-Verbunds vielversprechende Anwendungsgebiete des OCT zur Zahnerhaltung sind.

Publikationen

Schneider H, Park KJ, Häfer M, Rüger C, Schmalz G, Krause F, Schmidt J, Ziebolz D and Haak R. Dental Applications of Optical Coherence Tomography (OCT) in Cariology. Appl. Sci. 2017; 7(5): 472-493

Park KJ, Schneider H, Haak R. Assessment of interfacial defects at composite restorations by swept source optical coherence tomography. J Biomed Opt. 2013; 18(7):076018

Park KJ, Schneider H, Haak R. Assessment of defects at tooth/self-adhering flowable composite interface using swept-source optical coherence tomography (SS-OCT). Dent Mater. 2015; 31(5):534-41

Häfer M, Jentsch H, Haak R, Schneider H. A three-year clinical evaluation of a one-step self-etch and a two-step etch-and-rinse adhesive in non-carious cervical lesions. J Dent. 2015; 43(3):350-61

Schneider H, Krause F, Ziebolz D, Haak R. Optische Kohärenztomographie in der Kariesdiagnostik und Restaurationsbeurteilung. Quintessenz 2016; 67(7): 869-879

Schneider H, Park KJ, Rueger C, Ziebolz D, Krause F, Haak R. Imaging resin infiltration into non-cavitated carious lesions by optical coherence tomography. J Dent. 2017; 60:94-98

Park KJ, Haak R, Ziebolz D, Krause F, Schneider H. OCT assessment of non-cavitated occlusal carious lesions by variation of incidence angle of probe light and refractive index matching. J Dent. 2017; 62:31-35

Das Projekt BIOPASS befasst sich mit der Entwicklung eines neuartigen Navigationsverfahrens für die endoskop-geführte minimal-invasive Chirurgie. Ziel ist es, endoskopische Informationen mit denen des OP-Ablaufs zu kombinieren und in für eine Software lernbaren Situationen zu beschreiben. Die dadurch erzielte Intelligenz der Software soll dem Chirurgen bei seiner Arbeit helfen und gleichzeitig Hardware-bedingte Anforderungen und Fehlereinflüsse verringern. Im zweiten Projektjahr wurden die identifizierten klinischen und technischen Anforderungen genutzt, um erste Funktionen für das BIOPASS-System umzusetzen. Ein erster Prototyp wurde am ICCAS entwickelt, um speziell die Interaktion zwischen Anwender und intelligenter Software am Beispiel eines HNO-Eingriffs zu simulieren. Ein wesentlicher Fokus liegt dabei auf den präsentierten Informationen und der Navigation durch die anatomischen Regionen in der Endoskopsicht. In weiterführenden Arbeiten wird ein erster Demonstrator am ICCAS entwickelt, der die einzelnen Funktionen der Projektpartner zusammenführt.

Medizinisches Personal arbeitet oft unter großer physischer und psychischer Belastung, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit von Fehlern und unerwünschten Ereignissen erhöht. Im Rahmen des OntoMedRisk-Projekts wird daher eine agentenbasierte, ontologie-gestützte Softwarelösung entwickelt, um das Auftreten solcher Ereignisse zu minimieren. Das Ziel ist es, Ärzten und medizinischem Fachpersonal eine technische Unterstützung zur prozessübergreifenden Risikoerkennung und Fehlervermeidung zur Verfügung zu stellen. Die Softwarelösung soll dynamisch eine Risikoanalyse auf der Grundlage von verfügbaren Datenquellen (wie der Patientenakte, dem KIS oder Checklisten, aber auch basierend auf realen Situationen im Prozess) durchführen. Daraufhin sollen kontextsensitive Hinweise zur Fehlervermeidung für die am Prozess beteiligten Fachkräfte generiert werden.

Projektbeschreibung

Die interdisziplinäre Behandlung von Patienten mit der Diagnose Kopf-Hals-Tumor (KHT) stellt die verschiedenen beteiligten Fachdisziplinen vor die Herausforderung, einerseits die komplexen dreidimensionalen anatomischen Zusammenhänge (Chirurgie und Strahlentherapie) sowie andererseits Daten der zunehmend diversifizierten Molekularbiologie für eine sinnvolle Therapieentscheidung aufzubereiten.

Ziel des Projektes OncoControl ist die Realisierung eines webbasierten Systems für die Kopf-Hals-Onkologie, mit dem die Exploration, Analyse und Verwaltung von Patientendaten erfolgen kann. Dadurch soll die Kommunikation zwischen den einzelnen klinischen Disziplinen, die am onkologischen Workflow beteiligt sind, sowie Diagnose- und Therapieprozesse durch geeignete technische Mittel unterstützt und optimiert werden.

Forschungsziele

Der zentrale Gedanke bei der Entwicklung von OncoControl fokussiert die Qualitätssteigerung onkologischer Therapieentscheidungsprozesse auf dem Gebiet der komplexen Kopf-Hals-Tumore, die Verbesserung bestehender Arbeits- und Behandlungsprozesse sowie eine Unterstützung des Entscheidungsfindungsprozesses im Tumorboard durch den Einsatz von Endoskopiebildern und 3D Tumorrekonstruktionen neben den bisher genutzten Schichtbildern aus Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT).

Eine neue und innovative Präsentationsform, die Treatment Summary, unterstützt den Arzt nach dem Öffnen der Patientenakte mit einer komprimierten Darstellung aller relevanten Informationen im aktuellen Behandlungsschritt und bietet eine schnelle Übersicht über den aktuellen Patientenstatus.

Thematische Schwerpunkte

• Automatische zentralisierte Informationsaggregation
• Erhöhung der Datenqualität und Priorisierung von Informationen
• Automatische Generierung der Treatment Summary und klinischer Dokumente
• Computergestützte TNM-Klassifikation
• Verifikation, Integration und Evaluierung des Gesamtsystems im klinischen Einsatz

Bisherige Forschungsergebnisse

Zugehörige Publikationen:

Birnbaum, Zebralla, Boehm, Dietz, Neumuth. „Metric Learning for TNM-Classifications of Patients with Head and Neck Tumors“. CARS 2016 Proceedings. Heidelberg, 2016.

Meier, Jens, Stefan Bohn, Bernhard Glaser, Klemens Birnbaum, Andreas Boehm, und Thomas Neumuth. „The Treatment Planning Unit: Concept and realization of an integrated multimedia decision support system for multidisciplinary team meetings“. In MedInfo 2015. Sao Paolo, 2015.

Meier, Jens, Andreas Dietz, Andreas Boehm, and Thomas Neumuth. “Predicting Treatment Process Steps from Events.” Journal of Biomedical Informatics 53 (February 2015): 308–19. doi:10.1016/j.jbi.2014.12.003.

Ausblick

Die Entwicklung des klinischen Informationssystems OncoControl soll es dem Arzt ermöglichen, alle Informationen zu bestehenden Patienten in einer einheitlichen, strukturierten und auf den klinischen Arbeitsalltag zugeschnittenen Benutzeroberfläche abzurufen, klinische Dokumente wie Arztbriefe oder OP-Berichte aus gegebenen Informationen mit nur minimalem Zeitaufwand zu erstellen und die bestehenden Informationen für klinische Studien, Qualitätsmanagement oder die Durchführung klinischer Zertifizierungen zu nutzen. Weiterhin soll das System durch innovative Verfahren z.B. zur TNM-Klassifikation oder Dokumentengenerierung bei der Diagnose, Behandlungsstrategie, Dokumentation, aber auch Präsentation und Patientenaufklärung assistieren und damit den klinischen Alltag und die Kommunikation zwischen den Fachkräften erleichtern. Mithilfe automatisierter Verfahren soll zudem der Weg zu standardisierten Prozeduren und damit vergleichbaren Analyseergebnissen bereitet werden.

Eventor ist ein Projekt in Kooperation mit der SWAN – Scientific Workflow Analysis GmbH. Ziel des Projektes ist eine technische Verknüpfung von Prozesslogik und Integrationstechnologien für den intra- und peri-operativen Bereich. Datenaustausch und Interaktion zwischen verschiedenen Medizingeräten können somit teilautomatisiert erfolgen und dynamisch auf die chirurgische Situation angepasst werden. Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten für chirurgische Assistenzsysteme. Zudem wird die erforderliche Mensch-Maschine-Interaktion vereinfacht und der Operateur entlastet. Bei der Implementation werden weitestgehend bestehende Kommunikationstechnologien sowie ein spezialisiertes Regelwerk für Prozessinformationen genutzt. Die entwickelten Konzepte und Prototypen werden an ausgewählten klinischen Anwendungsfällen evaluiert.

Forschungsziele

Die wachsende Zahl der Medizingeräte und Informationssysteme im Bereich des Operationssaals führt zu einem gesteigerten administrativen Aufwand im intra- und peri-operativen Bereich. Die Möglichkeiten einer Vereinfachung durch Prozesslogik werden in Rahmen des Projektes mit folgenden Teilzielen evaluiert:

• Anbindung bestehender Medizingeräte und Informationssysteme an eine prozessgestützte Vernetzungstechnologie,
• Modellierung chirurgischer Anforderungen auf Basis bestehender Prozessmodell-Konzepte,
• Konzeption eines Regelwerks zur Integration von Prozessinformationen,
• Entwicklung und Evaluation von prototypischen Implementierungen für ausgewählte klinische Einsatzfelder.

Thematische Schwerpunkte

Das Projekt verbindet drei aktuelle Forschungsgebiete:

• komplexe Modellierung chirurgischer Prozesse,
• situationsbezogene Kommunikation und Interaktion von Medizingeräten,
• prozessgestützte Informationsflüsse.

Bisherige Forschungsergebnisse

Im Rahmen des Projekts wurden bisher klinische Anwendungsfelder strukturiert und eine Anforderungsanalyse durchgeführt sowie bestehende Technologien auf ihre Nutzbarkeit innerhalb des Vorhabens evaluiert.

Ausblick

Eventor entwickelt und evaluiert Konzepte zur dynamischen Verknüpfung von Prozesslogik und Integrationstechnologien für verschiedene klinische Anwendungsfelder. Die Entwicklungen im Rahmen des Eventor-Projekts leisten einen entscheidenden Beitrag zur fachlichen Einbettung des Informationsflusses bestehender Medizingeräte in die chirurgische Arbeit und werden damit zu einer besseren Patientenversorgung beitragen.

Projektbeschreibung

OR.NET ist ein Verbundvorhaben im Rahmen des BMBF Förderprogramms „IKT 2020 – Forschung für Innovation“. Das Ziel der Initiative ist es, grundlegende Konzepte für die sichere dynamische Vernetzung von Komponenten in OP-Saal und Klinik zu erarbeiten, zu evaluieren und in Normierungsaktivitäten zu überführen. Speziell die automatische dynamische Vernetzung computergesteuerter Medizingeräte im OP untereinander und die Interaktion dieser Geräte mit medizinisch zugelassener Software ist eine besondere Herausforderung an die Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) im medizinischen Applikationsumfeld. Durch die Zusammenarbeit von Herstellern, Betreibern, Wissenschaft und regulierenden Stellen werden in diesem Projekt neue Wege für die Gestaltung von Softwarearchitekturen im Krankenhaus der Zukunft aufgezeigt. Im Mittelpunkt steht dabei die IT im Operationssaal und der angrenzenden Bereiche, wobei auch angebundene Systeme zur Operationsplanung, -begleitung, Diagnose und Therapie berücksichtigt werden. Hohe Priorität hat die Vernetzung, die Interoperabilität und der sichere Betrieb der Infrastruktur. Neben der Konzeption und Definition neuer, bereichsübergreifender Standards werden von Beginn des Projekts an alle erforderlichen Betrachtungen bezüglich Risikoanalyse, Sicherheit, Interoperabilität der ausgetauschten Daten und der entwickelten IT-Infrastruktur durchgeführt und mit den Partnern (VDE, DIN, DKE, IHE…) in die Standardisierung überführt. Zusammen mit den beteiligten Firmen, verantwortlichen Anwendern und Betreibern werden Betreibermodelle entwickelt, die eine Überführung der Gesamtfunktionalität ermöglichen.

Forschungsziele

Das übergeordnete Projektziel ist die Realisierung einer Integration von Medizingeräten im OP basierend auf einheitlichen Kommunikationstechnologien, welche für die Standardisierung vorbereitet werden sollen. Das Gesamtziel gliedert sich in folgende Teilprojekte:

• Vernetzung von Medizinprodukten basierend auf einer SOA, unter Nutzung von existierenden „Standards“ aus dem Bereich des Internets wie WSDL, SOAP, XML Schema,
• Übergang der in OR.NET entwickelten Lösungen in internationale Normengremien hin zu harmonisierten Standards,
• Entwicklung geeigneter Betreibermodelle, die eine rasche Umsetzung unter Bezug der Anforderungen der beteiligten Interessengruppen ermöglichen.
• Die im Verlauf des Projektes erarbeiteten Technologien sollen in klinischen Demonstratoren praktisch umgesetzt werden. Dabei sollen speziell die Aspekte der Sicherheit, Netzwerkintegration und Zulassungsfähigkeit untersucht werden.

Thematische Schwerpunkte

Das Gesamtprojekt OR.NET wird durch 46 Projektpartner bearbeitet. Die thematischen Schwerpunkte des ICCAS umfassen folgende Themen:

• strukturierte klinische und technologische Anforderungsanalyse,
• Einbringen der Ergebnisse aus Vorarbeiten (z. B. smartOR) und Unterstützung der klinischen und industriellen Partner bei der Aufzeichnung und Dokumentation ergänzender klinischer Use-Cases,
• Definition einer Gesamtarchitektur basierend auf den Vorarbeiten der Partner,
• Entwurf, Evaluierung und Implementierung von Softwarekomponenten und assoziierten Geräten im OP-Saal,
• Implementierung von Kommunikationsschnittstellen für Informationssysteme bzw. Kommunikationsserver,
• Internationalisierung der Zulassungsfähigkeit und Mitarbeit bei der Ableitung von Standards,
• Implementierung eines Demonstrator-OPs in Leipzig
• Evaluation und Validierung des Gesamtkonzeptes im klinischen Umfeld.

Bisherige Forschungsergebnisse

In Anforderungsanalysen, die gemeinsam mit klinischen Partnern durchgeführt wurden, sind für die Neurochirurgie und die HNO-Chirurgie Operationen identifiziert worden, die von einer Geräteintegration und -kommunikation profitieren können. Bei einer anschließenden Analyse im Operationsaal wurden in Zusammenarbeit mit Chirurgen mehrere klinische Use-Cases benannt. Gemeinsam mit den beteiligten Projektpartnern wurde in gemeinsamen Workshops an der Definition von Kommunikationsbeziehungen zwischen den zu integrierenden Medizingeräten gearbeitet. Dies führt im ersten Projekt zu einer Geräteabstraktion, für die in den aktuellen Arbeiten konkrete Architekturen und Schnittstellentechnologien entworfen werden.

Artikel zur Ergebnispräsentation im Leipziger Demonstrator am 16.12.2015

Kooperationen

Carl Zeiss Meditec, AGConworx Technology GmbH, DIN – Deutsches Institut für Normung e. V., Forschungsstelle für Medizinproduktrecht (FMPR), Fraunhofer FIRST, Fraunhofer MEVIS, how to organize, IHE Deutschland e. V., Ingenieurbüro Wolfgang Blocher, Inomed Medizintechnik GmbH, KARL STORZ, Klinikum Rostock, Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin KLS Martin Group, LOCALITE GmbH, MedPlan Engineering GmbH, MT2IT, qcmed GmbH Quality Consulting Medical, Rhön-Kliniken AG, Richard Wolf GmbH, RWTH Aachen, Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik (MedIT), RWTH Aachen, Lehrstuhl für Medizintechnik (mediTEC), Siemens HealthCare, STARC medical GmbH, SurgiTAIX AG, Synagon GmbH, Söring GmbH, TRILUX GmbH & Co. KG Medical Technology, TU München, Institut für Informatik, Robotics and Embedded Systems, TU München, Lehrstuhl für Automatisierung und Informationssysteme, TU München, Lehrstuhl MIMED im Bereich Mechatronik, TU München, Minimal-invasive Interdisziplinäre Therapeutische Intervention (MITI), Uniklinik der RWTH Aachen, Integrierte Teleanästhesiologie, Uniklinik der RWTH Aachen, Klinik für Anästhesiologie, Uniklinik der RWTH Aachen, Orthopädische Klinik, Uniklinik Leipzig, Klinik für HNO, Uniklinik Leipzig, Klinik für Neurochirurgie, Uniklinik Tübingen, Radiologische Universitätsklinik, Uniklinik Tübingen, Universitäts- Frauenklinik, Uniklinik Tübingen, Universitätsklinik für Radiologie, Uniklinik Tübingen, Universitätsklinik für Urologie, UniTransferKlinik GmbH, Universitätsklinikum Heidelberg, Zentrum für Informations- und Medizintechnik, Universitätsklinikum Schleswig- Holstein, Chirurgie, Universitätsklinikum Schleswig- Holstein, Stabsstelle IT, Universität Rostock – Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik, Universität zu Lübeck, Institut für Softwaretechnik und Programmiersprachen, Universität zu Lübeck, Institut für Telematik, Universität zu Lübeck, Institut für Medizinische Informatik, VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik, VISUS Technology Transfer GmbH, Vital Images Germany GmbH, Ziehm Imaging GmbH, MEDNOVO Medical Software Solutions GmbH