Theragnostische Mechatronik

Im Fokus unserer Forschung stehen vielfältige, intelligente mechatronische Assistenzsysteme für die Medizin. Je nach Fachdisziplin unterscheiden sich die Anforderungen bzgl. Präzision bzw. Genauigkeit sowie notwendiger Instrumente und Form der mechatronischen Unterstützung. Unsere Arbeiten finden sich dabei in der gesamten Facette des klinischen Workflows wieder: Von der Analyse bildgebender Verfahren zur Diagnose bis zum gesamten prä- und intraoperativen Arbeitsablauf.

Ein Schwerpunkt unserer Arbeiten ist die applikationsspezifische Konzeption, Konstruktion und Optimierung von Instrumenten und Werkzeugen für medizinische Anwendungen. Dieses umfasst beispielsweise das Design von chirurgischen Instrumenten, die Entwicklung von Stereoendoskopen oder auch hochgenauer Werkzeuge zur minimalinvasiven Cochleaimplantation – stets unter Berücksichtigung spezifischer anatomischer aber auch technischer Randbedingungen. Hierbei kommen neben klassischen Fertigungs- und Aktuierungsverfahren auch Methoden des Rapid Prototyping sowie der sogenannten „smart actuation“ zum Einsatz, wie sie im Bereich der Kontinuums- bzw. soften Robotern zu finden sind.

Eingesetzt werden diese Instrumente dann unter anderem für roboter-assistierte Interventionen. Dabei liegt der Fokus einerseits auf der Adaption kommerzieller Systeme an die Randbedingungen medizinischer Applikationen, andererseits auch auf der Neuentwicklung mechatronischer Assistenzssyteme für spezielle Anwendungsbereiche. Beispielsweise wurden Methoden zur Genauigkeitssteigerung im Bereich des roboterassistierten Bohrens entworfen, um die exakte, intraoperative Platzierung von Implantaten zu realisieren. Auch Ansätze zur nutzerfreundlichen Teleoperation bzw. Interaktion mit dem Roboter sind Gegenstand der Forschung und unter anderem für den Einsatz als OP-Assistenzroboter unabdingbar. Auch die Verwendung eines Roboters für die patientenindividuelle Gestaltung von Implantaten, beispielsweise Herzmuskel-Implantate für die Unterstützung des Herzens nach einem Herzinfakt wird durch uns erprobt.

Die genannten Forschungsbereiche bedienen sich immer wieder auch der Methoden der medizinischen Bildverarbeitung. Für die minimalinvasive Cochleaimplantation ist zum Beispiel die Registrierung von prä- und intraoperativen Bilddaten sowie die Segmentierung von Ziel- und Risikostrukturen für die OP-Planung elementar. Auch die Analyse von Bewegungen, wie bspw. die der Stimmlippen, und der entsprechenden Prädikation oder auch Stabilisierung der Bilddaten ist u.a. für eine laserbasierte Ablation von Gewebe unabdingbar. Für die gezielte Auslösung eines Schutzreflexes des menschlichen Kehlkopfes per Tropfenschuss wird die Flugbahn stereoskopisch trianguliert und modelliert, um auf Grundlage einer räumlichen Rekonstruktion des Zielgebietes einen Aufprallort vorauszuberechnen und dem Anwender im Sinne einer Augmented Reality im Endoskopbild einzublenden.

Für einen konkreten Einblick in unsere aktuellen Projekte besuchen Sie gerne unsere Homepage: https://www.imes.uni-hannover.de/de/forschung/arbeitsgruppe-medizintechnik-bildverarbeitung/