KI soll Roboter-assistierte minimalinvasive CABG einfacher und sicherer machen

Am Deutschen Herzzentrum der Charité soll ein intelligentes Assistenzsystem für robotergestützte minimalinvasive Bypass-OPs entwickelt werden. Gefördert wird das Vorhaben mit der Dr. Rusche-Projektförderung der Deutschen Stiftung für Herzforschung.

Zur Aufweitung der Gefäße bei Patienten mit Koronarer Herzkrankheit ist die perkutane Koronarintervention heutzutage ein Standardverfahren. Bei Patienten mit komplexer koronarer Mehrgefäßerkrankung oder mit Verengung des Hauptstamms der linken Herzkranzarterie ist jedoch weiterhin die koronararterielle Bypass-Operation (CABG) das Mittel der Wahl. Moderne Verfahren machen diesen Eingriff mittlerweile als minimalinvasive Operation per Schlüsselloch-Technik möglich. Doch der Umgang mit diesen neuen Techniken benötigt Erfahrung des behandelnden Herzchirurgen.

KI und Augmented Reality im Operationssaal: Das Projekt LIM-AR

Genau hier setzt das Forschungsprojekt LIM-AR an. Dr. Julius Kaemmel, angehender Herzchirurg von der Klinik für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie am Deutschen Herzzentrum der Charité (DHZC), entwickelt darin ein intelligentes Assistenzsystem für robotergestützte, minimalinvasive CABGs. Die Deutsche Stiftung für Herzforschung (DSHF) zeichnete ihn dafür in diesem Jahr mit der Dr. Rusche-Projektförderung aus und unterstützt sein Projekt mit knapp 60.000 Euro. 

„Das Ziel ist, minimalinvasive Herzoperationen präziser, sicherer und schonender für die Patienten zu machen“, erläutert Prof. Armin Welz, Herzchirurg und Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats der DSHF. Konkret soll das neue Assistenzsystem die Freilegung der linken Brustwandarterie ermöglichen, ohne diese zu verletzen. Um dies sicherzustellen, will Kaemmel ein visuelles Feedbacksystem einsetzen, das Augmented Reality (AR) und Künstliche Intelligenz (KI) kombiniert.

Im Detail bedeutet dies: Während der robotergestützten Bypass-OP steuert der Operateur die am OP-Tisch platzierten feinbeweglichen Arme des Robotik-Systems von einem Cockpit aus. Er orientiert sich dabei über eine hochauflösende dreidimensionale Kamera, die Bilder aus dem Körperinneren macht und die Lage der Arterie präzise darstellt.

Echtzeit-Feedback zum Schutz der Bypass-Arterie

Im Rahmen des LIM-AR-Projektes wird dieses Kamerabild aus dem Operationsgebiet mit einer virtuellen Benutzeroberfläche fusioniert (AR). Das System überwacht die Interaktion zwischen den Instrumenten der Roboterarme und der inneren Brustwandarterie basierend auf dreidimensionalen Echtzeitdaten. Erkennt es eine drohende Verletzung des Bypass-Gefäßes oder ist die Funktion zum Beispiel durch eine verschmutzte Kameralinse beeinträchtigt, warnt es akustisch und visuell.

Das auf KI basierende Feedback-System wird anhand von endoskopischen Bilddaten trainiert und validiert. Die Entwicklung und das Training der Bilderkennungssoftware sowie deren Validierung erfolgt gemeinsam mit Forschenden des Instituts für kardiovaskuläre Computer-assistierte Medizin an der Charité und soll in etwa zwei Jahren abgeschlossen sein.

„Schlussendlich ist es das Ziel, die prozeduralen Erfolgsraten von roboter-assistierten Bypass-Operationen und damit das Behandlungsergebnis und die Prognose der so behandelten Patienten weiter zu verbessern“, erläutert Prof. Jörg Kempfert, der das herzchirurgische Team am DHZC leitet, zu dem Kaemmel gehört.