Die Initiativen

ICCAS - Leipzig

Das Zentrum für Innovationskompetenz

ICCAS startete 2005 an der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig mit zwei Nachwuchsforschungsgruppen, in denen Chirurgen, Ingenieure und Informatiker an der Entwicklung computergestützter Assistenzsysteme im Operationssaal (OP) zusammenarbeiten. Um neue Unterstützungssysteme zu entwickeln, die sich in erster Linie an den Bedürfnissen der Chirurgen orientieren, wurden Arbeitsabläufe und Prozesse im OP analysiert. Dies schuf die Basis für einen signifikanten Wissensvorsprung auf den Gebieten Modellierung von chirurgischen Arbeitsabläufen, Standardisierung von Datenformaten und Software-Systemintegration für die chirurgische Therapie. Grundlegende Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Informationstechnologie im OP wurden evaluiert und Prototypen von „intelligenten“ Assistenzsystemen entwickelt und in die Klinik eingeführt.

ICCAS ist heute ein international wettbewerbsfähiges wissenschaftliches Zentrum für computerassistierte Chirurgie sowie Kern eines Medizintechnologie-Clusters Sachsen mit einer Vielzahl von erfolgreich eingeworbenen Drittmitteln, Ausgründungen und strukturell-inhaltlichen Impulsen an der Universität Leipzig und benachbarten Hochschulen. Es strebt mit seinen angehenden Konzepten für den „digitalen“ OP der Zukunft neue internationale Maßstäbe für die Sicherheit von Chirurgen und Patienten an.

Die Ziele

In der modernen Chirurgie herrscht ein deutliches Ungleichgewicht zwischen der zunehmenden patienten- und prozessrelevanten Datendichte und der computergestützten Assistenz der Operateure. Bisher müssen die komplexen Informationsstrukturen im Kopf des Operateurs gefiltert und gespeichert werden, was zu Informationsverlusten führen kann. Ziel des ICCAS-Konzepts ist die Überbrückung der Sicherheitslücken durch die Integration von Assistenzsystemen in den OP sowie deren Vernetzung. Bei der Weiterentwicklung des „digitalen“ OP werden sämtliche Komponenten der Prozesskette – Bildgebung, chirurgische Planung, intraoperative Assistenz, postoperative Dokumentation – Berücksichtigung finden. Weitere Aufgaben sind die Ermittlung standardisierter Arbeitsabläufe im operativen Bereich, um optimale Behandlungsstrategien für klinische Anwendungsfälle festlegen zu können sowie die Entwicklung eines digitalen Patientenmodells, welches Diskussionen zur operativen Vorgehensweise während eines Eingriffs zulässt und virtuelle Simulationen ermöglicht.

Die thematischen Schwerpunkte (2004/-05 bis 2010)

  • Der Forschungsschwerpunkt der Nachwuchsforschungsgruppe „Scientific Methods“ (weiterentwickelt: „Workflow and Knowledge Management“) lag auf der wissenschaftlichen Analyse chirurgischer Arbeitsabläufe in Form von „Workflows“. Diese dienen der Prozessoptimierung und Qualitätssicherung im OP und sind Grundlage der Entwicklung neuer, auf die Bedürfnisse der Chirurgen ausgerichteter Assistenzsysteme.  2007 erfolgte die Ausgründung der SWAN GmbH, die Analysen wissenschaftlicher Arbeitsprozesse mit einer weltweit neuartigen Methode zur Prozessdatenerfassung und -optimierung für den medizinischen Bereich anwendet.
  • Die Nachwuchsforschungsgruppe „Surgical PACS“ beschäftigte sich mit der Entwicklung einer prototypischen chirurgischen Arbeitsumgebung, die eine sinnvolle Integration von chirurgischen Assistenzsystemen zulässt. Die Gruppe schuf außerdem die Grundlagen zur Konzeption modularer Systemarchitekturen, die eine interaktive Zusammenarbeit der computerassistierten Systeme und der Chirurgen ermöglichen.
  • Die Gruppe „Patient-Model“ arbeitete an der Entwicklung eines digitalen patientenspezifischen Konzepts zur modellgestützten Diagnose und Therapie.
  • Die Arbeitsgruppe „Therapy Imaging and Model Management Systems“ (TIMMS) schuf eine modulare Infrastruktur, welche die Integration von Geräten und Software-Programmen unterschiedlicher Anbieter erlaubt. Das TIMMS-Konzept bündelt und speichert alle für eine Operation wichtigen Daten und macht sie verschiedenen Benutzergruppen zugänglich.
  • Die Forschungsgruppe „Assessment of Surgical Automation Systems“ (ASSESS) entwickelte einen innovativen Ansatz zur Bewertung von Automationsfolgen sowie Interaktionen zwischen Mensch und Maschine in der Chirurgie. 2007 wurde die Phacon GmbH ausgegründet. Diese entwickelt und produziert medizinische Demonstrationsmodelle für die Simulation und das Training komplizierter chirurgischer Eingriffe.
  • Die von der Universität Leipzig geförderte Projektgruppe „Visualization in Medicine“ arbeitete an der Entwicklung der visuellen Verarbeitung von Patientendaten. Dazu gehören Erfassen, Analyse und Darstellung von Patientendaten und Bildern sowie deren Interaktion.

Die thematischen Schwerpunkte (2011 bis 2016)

In der zweiten Förderphase wird die bisherige Forschungsarbeit in den Gruppen „Modellbasierte Automation und Integration im Operationssaal“ (MAI), „Digitales Patientenmodell“ (DPM) und „Standards“ (STD) konsequent fortgeführt. Dabei steht die klinische Umsetzung der modellbasierten chirurgischen Automation im Vordergrund. Weiterer Schwerpunkt ist die Weiterentwicklung eines Hightech-Raums für OP-Planungen zur genauen Vorbereitung und auch virtuellen Simulation komplizierter Operationen.

  • In der Arbeit der Projektgruppe "Modellbasierte Automation und Integration im Operationssaal" (MAI) fließen sämtliche Ergebnisse vorangegangener sowie aktueller Forschungsaktivitäten zusammen. Hier erfolgt die Entwicklung und Integration von standardisierten Systemen und Technologien für den „digitalen“ OP. Die Informationssysteme sollen Operationen überwachen, dem Operateur den aktuellen Stand einer Operation wiedergeben und, wenn nötig, situationsabhängig in den Operationsverlauf eingreifen können. Das optimale „Chirurgische Cockpit“, das weitestgehend die Assistenz des Chirurgen übernimmt, so dass sich dieser nur auf seine Kernaufgaben konzentrieren muss, bleibt zukunftsweisendes Ziel der Arbeit dieses Forschungsbereiches.
  • Im Zeitalter der fortschreitenden Digitalisierung besteht eine Patientenakte aus zahlreichen isolierten Datensätzen, die von spezifischen Informationssystemen und verschiedenartigen medizinischen Geräten stammen. Die Projektgruppe „Digitales Patientenmodell“ erstellt informationstheoretische Konzepte zur mathematischen Beschreibung und Modellierung unterschiedlichster Patientendaten. Die daraus entwickelten Patientenmodelle verknüpfen und analysieren sämtliche für eine Operation relevante Daten und ermöglichen somit eine Rundumdarstellung des Patienten sowie seines erkrankten Organs.
  • Mit Zunahme des Einsatzes technischer Hilfsmittel im Operationssaal steigt die Problematik der unzureichenden Vernetzungsmöglichkeiten zwischen Systemen verschiedener Hersteller.
    Die Projektgruppe „Standards“ (STD) beschäftigt sich deshalb mit Informations- und Kommunikationsschnittstellen technischer Systeme im OP, die durch ein standardisiertes Format einen optimalen Datenaustausch zwischen den einzelnen Geräten ermöglichen.

Die Partner

  • Universitätsklinikum Leipzig, insbesondere Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde und Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie
  • Herzzentrum Leipzig GmbH – Universitätsklinik
  • Universität Leipzig, Fakultät für Mathematik und Informatik und Medizinische Fakultät
  • Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät für Informatik
  • Technische Universität München, MIMED – Institute of Micro Technology and Medical Device Technology
  • Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) Dresden
  • Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK)
  • International Reference and Development Center for Surgical Technology (IRDC), Leipzig
  • Phacon GmbH, Leipzig
  • SWAN – Scientific Workflow Analysis GmbH, Leipzig
  • Karl Storz GmbH & Co. KG, Tuttlingen
  • Siemens AG, Healthcare Sector
  • Carl Zeiss AG, Oberkochen
  • NEMA – National Manufacturers Association, Rosslyn, Virginia
  • inomed Medizintechnik GmbH, Emmendingen
  • VisAGeS Lab, Rennes, Frankreich
  • Integrating the Healthcare Enterprise -IHE
  • Karlsruher Institut für Technologie, Institut für angewandte Informatik

Kontakt

Prof. Dr. med. Jürgen Meixensberger
Sprecher des Vorstandes
Universität Leipzig
Medizinische Fakultät
Semmelweisstraße 14
04103 Leipzig
Tel.: (03 41) 9 71 75 00
Fax: (03 41) 9 71 75 09
E-Mail:  info[at]iccas.de
http://www.iccas.de/ 



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