Leibniz Universität Hannover Fakultät Fakultät für Maschinenbau
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Institut für Mechatronische Systeme
 
Institut für Mechatronische Systeme Forschung Arbeitsgruppe: Medizintechnik & Bildverarbeitung
Forschungsprojekte

Laufende Forschungsprojekte

  • Personalisierte Zelltherapie mit iPSC-abgeleiteten Kardiomyozyten (TACTiC)
    Die Nachwirkungen eines Herzinfarkts können unter anderem zu einer chronische Herzschwäche führen. Neue minimalinvasive Behandlungsmethoden injizieren Herzstammzellen in das (schlagende) Herz die zur Regeneration des Herzmuskelgewebes beitragen sollen. Im Rahmen dieses Projektes wird ein mechatronischer Applikator entwickelt, der diese Eingriffe automatisieren soll. Dadurch wird die Reproduzierbarkeit erhöht und die individuellen anatomischen Besonderheiten des Empfängerherzens lassen sich besser berücksichtigen. Im Vordergrund stehen dabei die Konstruktion des Applikators und die hochpräzise Positionierung der Injektionsnadel mittels bildgebender Sensorik. Weitere Kernaspekte sind die Kontrolle der Eindringtiefe sowie die genaue Volumenanalyse der Injektionsmenge.
    Team: M. Sc. Raphael Mönkemöller
    Jahr: 2022
    Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    Laufzeit: 06/2022-05/2025
  • Entwicklung eines 3D-Bio-Extrusions-Druckers zur Fertigung individualisierter Herzmuskelimplantate für die Therapie von Herzinsuffizienz (Indiheart)
    Im Rahmen dieses interdisziplinären Projekts wird mit der Universitätsmedizin Göttingen (Leitung Prof. Dr. med. Wolfram-Hubertus Zimmermann), dem Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation Göttingen (Leitung: Prof. Dr. rer. nat. Eberhardt Bodenschatz) sowie dem Deutschen Primatenzentrum in Göttingen (Leitung: Prof. Dr. med. vet. Rabea Hinkel) an der Entwicklung individualisierter Herzmuskelimplantate geforscht. Die durch die Implantate aufgebrachte Kraft sollen den Herzmuskel bei Insuffizienz bestmöglich unterstützen und die Pumpleistung bestmöglich wiederherstellen. Hauptaugenmerk der Forschung am imes stellt dabei die Entwicklung eines roboterbasierten, vollsterilisierbaren 3D Bio-Extrusions-Druckers sowie dessen Steuerung dar. Der Druckprozess soll weiterhin automatisiert werden, um Präzision und Qualität des Herzgewebe sicherstellen zu können.
    Team: M. Sc. Leon Budde
    Jahr: 2021
    Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    Laufzeit: 01/2021 - 12/2023
  • Roboter-assistierte Instrumentenhandhabung für Chirurgieassistenz
    Robotische Chirugie-Assistenten, auch als Robotic Scrub Nurses (RSN) bezeichnet, haben das Potential, einen Chirurgen während einer Operation (OP) zu unterstützen und langfristig eine wirtschaftliche Alternative zur klassisischen OP-Assistenz darzustellen. In diesem Projekt werden die Hauptaufgaben einer OP-Assistenz (Detektion, Lokalisierung und Greifen von chirurgischen Instrumenten) untersucht und addressiert. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) dürchgeführt und umfasst die Nutzung von Deep Learning- und Soft Robotics-Methoden.
    Team: M. Sc. Jorge Badilla
    Jahr: 2020
    Laufzeit: 04/2020-09/2023

Abgeschlossene Forschungsprojekte

  • KI-basierte Bildanalyse in der Triebwerksinstandsetzung
    Das vorliegende Teilprojekt findet innerhalb der „Technologieinitiative Triebwerksinstandsetzung“ (TinTin) statt, welche ein Verbundprojekt zwischen der MTU Maintenance GmbH, der TU Braunschweig und der Leibniz Universität Hannover darstellt. Der Forschungsschwerpunkt liegt hierbei in der Entwicklung von innovativen Wartungstechnologien für Flugzeugtriebwerke. Innerhalb des Teilprojekts sollen mithilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen Inspektionsprozesse teilautomatisiert werden. Hierbei geht es konkret um die Schadensbefundung auf Röntgenbildern mittels neuronaler Netze.
    Team: M. Sc. Sontje Ihler
    Jahr: 2021
    Förderung: Investitions- und Förderbank Niedersachsen (NBank)
    Laufzeit: 01/2021-12/2023
  • OPhonLas: OCT-geregelte Laserablation bei Stimmlippen-Phonation
    Im Rahmen dieses EFRE-geförderten Projektes soll ein rigides, anatomisch geformtes Laryngoskop entwickelt werden, das mit einem steuerbaren Ablationslaser ausgestattet ist. Neben der Anwendung auf ruhenden Stimmlippen soll ein Laserschnitt auch während einer Phonation–also auf schwingenden Stimmlippen–durchgeführt werden. Dadurch wird die Behandlung bestimmter Pathologien ermöglicht und der funktionelle Therapieerfolg direkt sichtbar gemacht. Die hohen Anforderungen an die Echtzeit-Regelung des Lasers setzen die Fusion von Stereobilddaten und optischer Kohärenztomographien voraus.
    Team: Sontje Ihler, M. Sc., Max-Heinrich Laves, M. Sc.
    Jahr: 2017
    Förderung: EFRE (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung)
    Laufzeit: 3 Jahre
  • Hand-Held Projection and Measurement System for Surgical Interventions
    In Augmented reality, image overlay projection is a technique that would help the surgeons to view the underlying anatomical structures directly on the surface of the skin or organ of the patient. Within the scope of the Tailored Light Scholarship Program , a novel hand-held projector system would be developed that would allow the images of 3-D patient-specific models to be projected directly onto the surface of the organ intraoperatively without the need of intrusive hardware around the surgical scene. This would circumvent the problems of view reorientation, where the surgeon has to divert his sight from the patient to the monitors with patient information like CT, MRI etc., thus helping him in performing the surgeries without any strain.
    Team: M. Sc. Dipl.-Ing. Shivaraman Ilango
    Jahr: 2016
    Förderung: Lower Saxony Ministry for Science and Culture
  • Evaluation des laryngealen Adduktionsreflexes mit einem mechatronischen Mikrotropfen-Laryngoskop
    Im Rahmen dieses interdisziplinären Projektes wird in Kooperation mit der Klinik für Phoniatrie und Pädaudiologie (Leitung: Prof. Dr. med. Dr. med. h.c. Martin Ptok) der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) ein neuartiges, endoskopisches System zur Untersuchung des laryngealen Adduktionsreflexes (LAR) entwickelt und im klinischen Einsatz erprobt. Die Auslösung des LAR soll durch die Applikation eines beschleunigten Tröpfchens erfolgen. Zur Beobachtung der Reflexantwort wird ein Hochgeschwindigkeits-Kamerasystem eingesetzt. Die Einbindung bildverarbeitender Algorithmen soll den Automatisierungs- und Objektivitätsgrad des Untersuchungsverfahrens steigern.
    Team: Jacob F. Fast, M.Sc.
    Jahr: 2016
    Förderung: DFG
  • Intraoperative Registrierung durch Endoskopie der Knochenbälkchen
    Das Projekt iBoneRegistration erforscht die Endoskopie von Knochenbälkchen (Spongiosa) für die intraoperative Registrierung in der navigierten Knochenchirurgie. Durch ihre unverwechselbare strukturelle Beschaffenheit und Darstellbarkeit in präoperativer Bildgebung sind Knochenbälkchen optimal als Merkmale für die eindeutige räumliche Zuordnung von präoperativen Daten zur intraoperativen Lage geeignet.
    Team: Dipl.-Ing. Jan Bergmeier
    Jahr: 2014
    Förderung: DFG
  • RoboJiG
    Präklinische Realisierung einer ganzheitlich minimal-invasiven Cochlea-Implantat-Versorgung durch patientenspezifische Bohrschablonen
    Team: Samuel Müller, M. Sc.
    Jahr: 2014
    Förderung: BMBF
  • Genauigkeitssteigerung für die Roboterassistierte Chirurgie
    Im Zentrum dieser Forschungsarbeit steht die Entwicklung eines Assistenzsystems für hochgenaue, minimalinvasive chirurgische Eingriffe an der Schädelbasis. Es werden Verfahren entwickelt, die eine mit konventionellen Mitteln nicht erreichbare Operationssicherheit und Genauigkeit erzielen sollen. Insbesondere geht es hierbei um das Setzen von Bohrkanälen für die Cochlear-Implantation mittels Roboter und optischer Navigation.
    Team: M. Sc. Sebastian Tauscher
    Jahr: 2014
  • Mikrotechnologien und Systeme für die roboterassistierte Laser-Stimmlippenchirurgie
    Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen roboterassistierten Systems für die Laser-Mikrochirurgie speziell für Eingriffe an den Stimmlippen. Die pathologischen Gewebestrukturen werden präoperativ identifiziert und bilden die Grundlage der Operationsplanung. Eine intraoperative duale Bildgebung verfolgt das Ziel einer echtzeitfähigen Navigation über eine intuitive Chirurg-Roboter-Schnittstelle mit einem Augmented Reality System. Für die präzise Positionierung des gewebeabtragenden Lasers gilt es ein neuartiges Endoskop zu entwickeln. Die Herausforderung liegt in der kompakten Systemintegration der mikro-opto-mechatronischen Komponenten. Kognitive Strategien erhöhen die Sicherheit und die Qualität des operativen Eingriffs weiter.
    Team: Dipl.-Ing. Andreas Schoob, Dipl.-Ing. Dennis Kundrat
    Jahr: 2012
    Förderung: EU, FP7
  • Schnittstellen zur Anbindung eines Roboters in ein bildgestütztes Therapiesystem
    Ziel dieses Kooperationsprojekts mit der KUKA Laboratories GmbH ist ein generisches Schnittstellenkonzept zur Anbindung eines KUKA Leichtbauroboters an ein bildgestütztes Therapiesystem zu entwickeln. Hierdurch wird eine leichtere Anbindung des Leichtbauroboters an ein Produkt eines Medizinproduktherstellers angestrebt. Zur Validierung des Systemkonzepts wird der KUKA LBR über eine generische Implementierung der Schnittstellen in die MediLAB-Umgebung des Medizintechniklabors des Institutes integriert.
    Team: M. Sc. Sebastian Tauscher
    Jahr: 2012
    Förderung: KUKA Laboratories GmbH
  • Situsnahes mechatronisches Assistenzsystem für hochgenaue Eingriffe am Schädel (Mini-Hexapod)
    Im Rahmen einer Forschungskooperation mit der Klinik für HNO der MHH wird ein miniaturisierter, parallelkinematischer Roboter konzipiert und prototypisch aufgebaut, der aufgrund seiner geringen Abmessungen direkt am Schädel des Patienten verankert werden kann. Er dient als Basis für unterschiedliche Eingriffe, wie beispielsweise die minimal invasive Cochlea Implantation zur Behandlung innenohrbedingter Taubheit.
    Team: M.Sc. Dipl.-Ing. (FH) Jan-Philipp Kobler, Dipl.-Ing. Kathrin Nülle
    Jahr: 2011
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  • Roboterassistierte Laserosteotomie
    Die Laserosteotomie ist für eine Vielzahl klinisch relevanter Indikationen von Interesse. Die beim Materialabtrag entlang definierter Geometrien auftretenden Problemstellungen zeichnen sich dabei im Wesentlichen auf den Gebieten der Bahnplanung, der hochgenauen Strahlführung, der Mensch-Maschinen-Schnittstelle und der Schnitttiefenbestimmung ab. Am Institut für Mechatronische Systeme wird daher in Kooperation mit der KUKA Laboratories GmbH ein System für die roboterassistierte Laserosteotomie (RaLo) bestehend aus einem Leichtbauroboter (KUKA LBR), einem Kamerasystem, einem optischen Kohärenztomograph (OCT) und einem Er:YAG-Laser zur Demonstration einer Beispielanwendung aufgebaut.
    Team: Dipl.-Ing. Alexander Fuchs
    Jahr: 2011
    Förderung: KUKA Laboratories GmbH
  • Entwicklung chirurgischer Instrumente für die Single-Port-Laparoskopie
    Bei laparoskopischen Eingriffen wird die Bauchhöhle des Patienten durch einen kleinen Schnitt eröffnet. In den so geschaffenen Zugang wird ein Laparoskop eingeführt, um die inneren Organe auszuleuchten, optisch zu erfassen und dem Mediziner durch eine geeignete visuelle Darstellung anzuzeigen. Bei einer Single-Port Operation werden neben dem Laparoskop mindestens zwei weitere Instrumente zur Gewebemanipulation durch dieselbe Öffnung in die Bauchhöhle eingebracht. Erfolgt dieser Zugang im Bauchnabel ist die Narbe später kaum mehr zu erkennen. Neben dem daraus resultierenden guten kosmetischen Ergebnis, hat die Single-Port Laparoskopie die Vorteile eines geringen Blutverlustes und einer schnellen Genesung. Um das Einsatzgebiet für diese Operationstechnik zu erweitern werden neue medizintechnische Systeme benötigt. Diese sollen insbesondere eine hohe Beweglichkeit der Endeffektoren in einem großen kollisionsfreien Arbeitsraum besitzen.
    Team: Dipl.-Ing. Jan-Hinnerk Borchard
    Jahr: 2011
  • Mini-Projektor basierte Augmented Reality für medizinische Anwendungen
    Zum Zwecke einer Optimierung der Darstellungsweise von Informationen sind Augmented-Reality-Ansätze Gegenstand aktueller Forschungen. Im Bereich der Medizintechnik ist das Ziel dabei die Visualisierung von präoperativen, medizinischen Planungsdaten unmittelbar im Blickfeld des Chirurgen. Dieser Ansatz basiert auf einer simultanen Darstellung der Realität, in diesem Fall also des Patienten, und zusätzlicher visueller Informationen. Unter Verwendung eines Mini-Projektors (konventioneller Beamer der Größe eines Mobiltelefons) und eines optischen Navigationssystems wurde ein handgeführtes Projektionssystem aufgebaut, das die lagerichtige Darstellung anatomischer Strukturen sowie Navigationsanweisungen in Echtzeit unmittelbar auf der Oberfläche des Patienten ermöglicht.
    Team: M.Sc. Dipl.-Ing. (FH) Jan-Philipp Kobler
    Jahr: 2010
  • Einsatz der OCT-Bildgebung zur medizinischen Navigation
    Auf dem Gebiet der Chirurgie entstehen immer höhere Anforderungen an die Präzision und Minimalinvasivität eines durchgeführten Eingriffes. In enger Kooperation mit dem Institut für Mess- und Regelungstechnik und der HNO-Klinik der MHH soll ein medizinisches Assistenzsystem entwickelt werden, welches durch die Integration eines optischen Kohärenztomographen (OCT) hochpräzise Eingriffe am Patienten ermöglicht. Grundlage ist eine multimodale Bildregistrierung zwischen einem präoperativ akquirierten CT- und einem intraoperativ akquirierten OCT-Datensatz mit der eine Ausrichtung des Roboters erfolgen soll.
    Team: Dipl.-Math. Jesús Díaz Díaz
    Jahr: 2010
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  • GentleCI
    Entwickelt werden neuartige, steuerbare Elektroden, die sich mit Hilfe einer integrierten Mikroaktorik berührungsfrei und damit risikolos in die spiralförmig gewundene Cochlea einführen lassen. Diese Mikroaktorik wird durch Elektrodenelemente aus Formgedächtniswerkstoffen realisiert, die durch Körpertemperatur in die gewünschte Form gebracht werden. Das Projekt wird in Kooperation mit der HNO-Klinik der MHH durchgeführt.
    Team: M.Sc. Dipl.-Ing. (FH) Jan-Philipp Kobler
    Jahr: 2010
    Förderung: BMBF

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