Forschungsprojekt DigiMed

Gefördert vom Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung im Rahmen des Programms REACT-EU

Laufzeit: 01.10.2021- 31.12.2022

Das gemeinsame Forschungprojekt „Digitale Wertschöpfungsketten für die Medizintechnik anhand der additiven Fertigung patientenspezifischer gesichtschirurgischer Implantate (DigiMed)“ ist eine Kooperation des Fraunhofer IAPT mit dem Universitätsklinikum Hamburg Eppendorf, Klinik und Poliklinik für Mund-Kiefer- und Gesichtschirurgie (UKE) und der Helmut-Schmidt-Universität / Hochschule der Bundeswehr (HSU). Das Vorhaben zielt auf eine nachhaltige Verbesserung der Patientenversorgung mit individuell angepassten Implantaten, explizit Orbitabodenimplantaten, ab.

Orbitabodenimplantate werden bei einem Bruch der Augenhöhle (Orbitaboden) eingesetzt. En solcher Bruch entsteht infolge einer punktuellen Gewalteinwirkung auf das Auge und ist eine der häufigsten Gesichtsverletzungen. Ein zentrales Problem bei der Versorgung mit patientenspezifisch angepassten Implantaten ist, dass von der Bildgebung, die zur Diagnose notwendig ist, bis zur Operation, um das Orbitabodenimplantat einzusetzen, in der Regel mindestens 10 Tage vergehen. Dies ist eine unangenehme Wartezeit für den Patienten und erschwert zusätzlich die Operation.

Mit der im Rahmen von DigiMed zu entwickelnden durchgängige digitale Wertschöpfungskette (s. Abbildung 1) soll eine Reduktion der Kosten und Dauer des Prozesses um 40% und eine Erhöhung der Implantatqualität um 30% gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden.

Eine Schlüsselrolle für den Erfolg des Projekts spielt die erfolgreiche Verknüpfung von Digitalisierung, KI und additiver Fertigung bei der Entwicklung der maßgeschneiderten Bildgebungs-, Design-, und Fertigungsstrategien, welche letztlich zu einer durchgängig digitalen Wertschöpfungskette zusammengeführt werden sollen.

Für das ärztliche Personal besteht im Erfolgsfall die Aussicht auf einen deutlich verminderten Aufwand in der Planung und Durchführung der Operation und für den Patienten eine besser auf den individuellen Fall zugeschnittene, weniger schmerzhafte und schnellere Therapie.

Die wissenschaftlichen Arbeiten im Projekt konzentrieren sich auf vier Handlungsfelder (s. Abbildung 2):

Einheitliche Dateninfrastruktur/ -bank mit eindeutiger Semantik (HF 1): Es wird eine einheitliche Dateninfrastruktur mit eindeutiger Semantik als Schnittstelle für die Zusammenführung der einzelnen Entwicklungsanteile erarbeitet.

KI-basierte Implantaterzeugung (HF 2): Auf Grundlage der medizinischen Bilddaten erfolgt eine KI-basierte und automatisierte Erstellung von Rekonstruktionsmodellen. Daraus wird mit Hilfe von KI-Algorithmen das finale Implantatdesign für die additive Fertigung abgeleitet.

Optimierte individualisierte Fertigung (HF 3): Für das entwickelte Implantatdesign wird eine adaptierte, automatisch abgeleitete Fertigungsstrategie und individuelle Nachbearbeitung des Implantates erarbeitet.

Effiziente Zertifizierungs- und Qualitätssicherungsstrategie (HF 4): Für die gesamte Wertschöpfungskette wird ein Zertifizierungskonzept entwickelt. Zusätzlich wird die Qualitätssicherung während der Fertigung betrachtet.