KI und 3D-Bildgebung für die Herzchirurgie

Hintergrund des Projekts ist die Behandlung von Erkrankungen der Aortenklappe, die zu den häufigsten Ursachen schwerwiegender Herz-Kreislauf-Erkrankungen zählen. Insbesondere klappenerhaltende Operationen erfordern ein hohes Maß an chirurgischer Erfahrung. Die intraoperative Beurteilung des Operationserfolgs wird bislang überwiegend mit manuellen Verfahren durchgeführt, deren Aussagekraft begrenzt ist. „Das Projekt IDA verfolgte daher das Ziel, ein digitales Assistenzsystem zu entwickeln, das die Vermessung und Bewertung der Aortenklappe während des Eingriffs objektiviert und präzisiert“, erläutert Projektleiter Prof. Dr. Jörg Thiem vom Fachbereich Informationstechnik. Hierfür entwickelte die Klavant GmbH ein optisches 3D-Messverfahren, um die Aortenklappe im geöffneten Brustkorb zu erfassen. „Die Fachhochschule Dortmund erforschte im Teilvorhaben KI-basierte Methoden zur automatischen Detektion medizinisch relevanter Messpunkte auf den aufgenommenen Bilddaten“, so Jörg Thiem. Die Kombination aus hochauflösender 3D-Bildgebung und Künstlicher Intelligenz solle künftig dazu beitragen, Therapieentscheidungen und OP-Ergebnisse zu verbessern, die Auswahl von Prothesen zu optimieren und die Sicherheit herzchirurgischer Eingriffe zu erhöhen.

Aus Sicht der Fachhochschule Dortmund ließen sich im Projektverlauf wichtige wissenschaftliche und strukturelle Ergebnisse erzielen. Die Forschungsarbeiten flossen in insgesamt drei Abschlussarbeiten und zwei Projektarbeiten ein. Darüber hinaus wurde die Thematik in ein Promotionsvorhaben integriert. Die Forschungsergebnisse führten bislang zu drei wissenschaftlichen Publikationen. Inhaltlich zeigte sich insbesondere das große Potenzial synthetisch erzeugter Trainingsdaten für KI-Anwendungen, wenn reale Daten nur begrenzt verfügbar sind. Die Untersuchungen machten deutlich, dass die Qualität und Vielfalt der Trainingsdaten einen größeren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Systeme haben als die Wahl einzelner neuronaler Netzarchitekturen. Ein weiterer Meilenstein war die Entwicklung erster Lösungsansätze für die Analyse krankhaft veränderter Aortenklappen, wenn beispielsweise anstelle der üblichen drei nur zwei Taschen vorhanden sind (bikuspide Klappen).

Auch auf Unternehmensseite wurden wesentliche Fortschritte erzielt. Die Klavant GmbH bereitet derzeit die Markteinführung des entwickelten Medizintechnikprodukts vor und hat kürzlich ein Audit für die Produktzertifizierung erfolgreich durchlaufen. Der Projektträger VDI würdigte beim Abschlusstreffen insbesondere, dass durch die öffentliche Förderung ein Entwicklungsstand erreicht werden konnte, der die Positionierung eines innovativen Medizintechnikprodukts kurz vor dem Markteintritt ermöglicht.

Die Fachhochschule Dortmund und die Klavant GmbH sehen in den erzielten Ergebnissen eine wichtige Grundlage für die weitere Forschung und Entwicklung. Die Projektpartner beabsichtigen daher, ihre erfolgreiche Zusammenarbeit fortzuführen.

Geplant ist die Veröffentlichung der Resultate in Form eines abschließenden wissenschaftlichen Journalartikels, eine Schutzrechtsanmeldung und die weitere Vertiefung der Thematik im laufenden Promotionsvorhaben. Gleichzeitig befindet sich aktuell ein Antrag für ein gemeinsames Folgeprojekt in der Begutachtung. Damit könnten die im Projekt IDA aufgebaute Forschungsarbeit in den kommenden Jahren weitergeführt und die entwickelten Methoden auf weitere medizinische Anwendungsszenarien übertragen werden.