Medizintechnik und OP-Technologien

Die Vernetzung von modernen Medizingeräten zu digitalen Hightech-Systemen bietet immenses Potential. Fortschritte bei minimalinvasiven Techniken und die Weiterentwicklung von Bildgebungsmodalitäten wie z.B. der Computertomografie (CT) und der Magnetresonanztomografie (MRT) ermöglichen bereits heute bessere Behandlungen von Schlaganfällen, Herzinfarkten und Krebserkrankungen. Online-Messtechnik ermöglicht neuartige, individuell an den Patienten angepasste Therapieverfahren (z.B. protektive Beatmung) und effiziente Prozessführung (z.B. Gewebeverödung). Der Einsatz medizinischer Roboter in der Chirurgie bietet die Möglichkeit, operative Interventionen mit einer nie dagewesenen Flexibilität und Präzision durchzuführen und gleichzeitig das medizinische Personal zu entlasten.

Forschungsteams am Fraunhofer entwickeln die Medizintechnik der nächsten Generation.

Im Bereich der OP-Technologie werden kollaborative Robotersysteme entwickelt, die mit chirurgischem Personal interagieren, Gesten erkennen und kontextbasiert auf Sprachbefehle reagieren. Sensorik und maschinelles Lernen ermöglichen ein präzises Verständnis der Umgebung, während die robotische Assistenz operative Eingriffe nicht nur sicherer, sondern auch schneller und reproduzierbarer macht – etwa durch die automatisierte Führung chirurgischer Instrumente. Um diese Prozesse und Abläufe in relevanter Umgebung zu testen, wurden von Fraunhofer OP-Reallabore aufgebaut, die klinische OP-Sälen nachbilden. 

Intelligente Assistenzsysteme eröffnen neue Möglichkeiten für eine kontinuierliche und präzise Therapieunterstützung (z.B. in der Anästhesie oder Beatmung). Durch die Fusion multimodaler Daten und den Einsatz KI-basierter Algorithmen werden individualisierte Therapieempfehlungen in Echtzeit abgeleitet und zeit-/personalintensive Feinjustierungen (teil-)automatisiert. So können Patienten auch dort engmaschig versorgt werden, wo spezialisiertes Fachpersonal knapp ist.

Die additive Fertigung – auch als 3D-Druck bekannt – wird als Schlüsseltechnologie für medizintechnische Lösungen eingesetzt. Dies umfasst die Erforschung neuartiger 3D-Druck-Materialen im Hinblick auf ihre Kompatibilität mit medizinischen Bildgebungsmodalitäten sowie deren Eignung für Medizinroboter und neuartige Aktoren. Die additive Fertigung ermöglicht die Fertigung patientenspezifischer Modelle, Implantate und Prototypen, welche eine präzise Therapieplanung und Umsetzung unterstützen. So werden anatomisch realistische Phantome für die Ausbildung an chirurgischen Robotersystemen sowie anatomische Modelle für die Produktentwicklung und Zulassungsverfahren gefertigt.

Künstliche Intelligenz im Schockraum: Wie Agenten und Foundation-Modelle bei der Versorgung Schwerverletzter helfen

Künstliche Intelligenz hilft bei der Behandlung Schwerverletzter in der Notaufnahme

Hochkomplexe Prozesse durchführen, zeitkritische Fälle behandeln und gleichzeitig umfangreiche Informationsmengen verwalten, um Menschen in Notfallsituationen bestmöglich zu versorgen – all dies stellt eine erhebliche Belastung für das Krankenhauspersonal dar.

Künstliche Intelligenz (KI) kann hier für Entlastung sorgen. Welche Möglichkeiten sich durch die KI-Prototypen »TraumAgent« und »FormAssistant« für den medizinischen Bereich ergeben, wird im neuen Whitepaper »Künstliche Intelligenz im Schockraum: Wie Agenten und Foundation-Modelle bei der Versorgung Schwerverletzter helfen« erläutert. Entwickelt wurden beide Anwendungen im Zuge des Projekts »TraumAInterfaces«, in dem sich Wissenschaftler*innen des Fraunhofer-Instituts für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS in Zusammenarbeit mit weiteren Projektpartnern der Fragestellung widmen, wie Foundation Modelle und Large Language Modelle (LLM) bei der Schwerverletztenversorgung in der Notaufnahme bestmöglich das Behandlungsteam entlasten, und zugleich den Informationsaustausch optimieren.

Künstliche Intelligenz hilft bei der Behandlung Schwerverletzter in der Notaufnahme - Fraunhofer IAIS

Download Whitepaper TraumAInterfaces - Fraunhofer IAIS

 

LIROS - Lübeck Innovation Hub for Robotic Surgery

© Fraunhofer IMTE
  • Forschungs-OP als offene Plattform für die Entwicklung, den Test und die klinische Erprobung robotischer und KI-gestützter chirurgischer Systeme - seit März 2026 in Betrieb, eröffnet von Ministerin Dr. Dorit Stenke
  • Erforschung robotergestützter und teil-automatisierter chirurgischer Eingriffe mit vernetzten Systemen
  • Entwicklung neuer Trainingskonzepte mittels patientenspezifischer Modelle, intelligenter Assistenzsysteme und bildgebender Verfahren
  • Prozessoptimierung im OP: herstellerunabhängiger Datenaustausch, Tracking-Systeme, Augmented Reality, Sprachsteuerung

LIROS steht Unternehmen, Start-ups und klinischen Partnern als offene Forschungsplattform zur Verfügung - für Produkttests, Usability-Studien und die klinische Validierung neuer Systeme unter realen OP-Bedingungen.

Lübeck Innovation Hub for Robotic Surgery - Fraunhofer IMTE

DAIOR: Verteilte Künstliche Intelligenz für den Operationssaal

Im Forschungsprojekt DAIOR arbeitet das Fraunhofer IPA zusammen mit Partnern daran, den Operationssaal der Zukunft mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) und roboterassistierter Telechirurgie zu realisieren. Dabei sollen chirurgische Daten aus multimodalen Quellen mit KI-Methoden kontinuierlich analysiert werden, um Operationen in Echtzeit zu unterstützen.

Daten zu nutzen, um medizinisches Personal bei der Behandlung oder bei der Operation eines Patienten zu unterstützen, ist das Ziel des Projekts DAIOR. Das Akronym ist die Abkürzung für »Distributed Artificial Intelligence for the Operating Room«: Durch die Analyse von Daten, Optimierung von Workflows und die Nutzung von Erfahrungswerten aus früheren Operationen sollen Algorithmen trainiert werden. Auf diese Weise kann KI dem klinischen Personal in Echtzeit und standortunabhängig helfen, die Versorgung der Patienten und Patientinnen zu verbessern. In dem interdisziplinären Konsortium mit Fachkompetenzen aus Medizin und Technik arbeitet das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA zusammen mit dem Institute of Image-Guided Surgery (IHU) in Strasbourg und dem Bosch Digital Innovation Hub (KTBW) am Bosch Health Campus (Stuttgart). Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Verteilte Künstliche Intelligenz für den Operationssaal - Fraunhofer IPA

© Fraunhofer IPA
Experimenteller Hybrid-OP des Fraunhofer IPA in Mannheim.

INTAKT – Klassifizierung von elektrischen Biosignalen der Hand für die Grifferkennung auf Basis des Elektromyogramms als Grundlage für das Steuern einer Handprothese

Interaktive Mikroimplantate für eine verbesserte Mensch-Technik-Interaktion

© Universitätsmedizin Mainz, Foto: Markus Schmidt.

Bei der Lösung komplexer medizinischer Fragestellungen gewinnen intelligente, vernetzte Implantate immer mehr an Bedeutung. Derzeit zur Verfügung stehende Systeme sind für den Nutzer oft nicht transparent und können von diesem nicht selbst bedient werden. Zukünftige Systeme könnten neben einem lebenslangen Einsatz die Möglichkeit der unmittelbaren Einflussnahme der Patienten auf ihre individuelle Situation stärker in den Vordergrund stellen.

https://www.interaktive-technologien.de/projekte/intakt

http://intakt-projekt.de/

https://www.ibmt.fraunhofer.de/de/ibmt-presse-uebersicht-2017/presse-ausgezeichnete-orte-INTAKT-2017-06-26.html

KIPeriOP - Digitalisierte Datenerfassung und KI für sichere Operationen

KIPeriOP ist ein vom Bundesministerium für Gesundheit (BMG) gefördertes Forschungsvorhaben mit dem Ziel, das perioperative Risikomanagement zu verbessern sowie perioperative Sterblichkeit und dauerhafte Schädigungen zu reduzieren. Klinische Leitlinien unterstützen die perioperative Entscheidungsfindung schon jetzt und sollen im Projekt durch den vertrauenswürdigen Einsatz von künstlicher Intelligenz ergänzt werden, unter anderem durch die Vorhersage postoperativer Risiken auf Basis von präoperativen Risikofaktoren. Das Projektkonsortium vereint herausragende klinische, technische, ethische und ökonomische Expertise und wird vom Universitätsklinikum Würzburg (klinische Koordination) und dem Fraunhofer Institut für Digitale Medizin MEVIS (technische Koordination) geführt.

https://www.kiperiop.de/de/home.html

https://www.mevis.fraunhofer.de/de/press-and-scicom/press-release/2021/digitalisierte-datenerfassung-und-ki-fuer-sichere-operationen.html

© Fraunhofer MEVIS
Illustration von klinischer Entscheidungsunterstützung zu verschiedenen Behandlungsoptionen

Click2Print Artificial Eye – Bestimmung von Materialmisch-verhältnissen für den 3D-Druck zur Reproduktion von Farbe und Tranzluzenz der Augenprothese

3D-gedruckte Augenprothesen: Innovation für individuelle und kostengünstige Lösungen

© Fraunhofer IGD
Eine Augenprothese, die mit Cuttlefish® auf einem J750 3D-Drucker von Stratasys gedruckt wurde. Cuttlefish® von Fraunhofer IGD ermöglicht das gleichzeitige Arbeiten mit mehreren Druckmaterialien und die exakte Reproduktion von Geometrie und Farben, einschließlich Transluzenz und feiner Farbübergänge des physischen Modells.

Click2Print Artificial Eyes (C2PAE) ist ein Projekt zur Entwicklung von 3D-gedruckten Augenprothesen. Forschende des Fraunhofer IGD haben eine Software entwickelt, die den vollständig digitalen Prozess des 3D-Drucks von künstlichen Augen ermöglicht. Dabei kommt der 3D-Druckertreiber Cuttlefish zum Einsatz, den das Institut seit 2014 entwickelt. Das deutsche Unternehmen FIT AG ist ebenfalls als Projektpartner an C2PAE beteiligt und konzentriert sich auf die additive Fertigung von Augenprothesen mit dem Polyjet-Verfahren. Die FIT AG übernimmt das Qualitätsmanagement für die 3D-gedruckte Herstellung der Augenprothesen und strebt die Entwicklung eines Verfahrens zur Serienfertigung von Augenprothesen an. Im Rahmen von C2PAE werden Tests mit patientenspezifischen Daten am Moorfields Eye Hospital in London durchgeführt. Außerdem ist das Start-up-Unternehmen Ocupeye beteiligt, das die Software lizenziert und betreibt und sich um regulatorische Fragen, die Vermarktung der Augenprothesen und den Vertrieb kümmert.

https://www.igd.fraunhofer.de/de/forschung/oeffentliche-projekte/gesundheit-und-pflege/3d-gedruckte-augenprothesen.html

https://www.cuttlefish.de/

ANIMMED – Anwendungszentrum für Intelligente Maschinen in der Medizintechnik

Mit dem ANIMMED – Anwendungszentrum für Intelligente Maschinen in der Medizintechnik haben die Fraunhofer IPA Abteilung »Klinische Gesundheitstechnologien« und das Heinrich-Lanz-Zentrum für Digitale Gesundheit eine Anlaufstelle für kleine und mittelständische Medizintechnikunternehmen (KMUs) in Baden-Württemberg geschaffen. Diese haben dort die Möglichkeit, Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) zur Weiter- oder Neuentwicklung ihrer Produkte zu nutzen. Sie können sich dabei von KI-Expertinnen und Experten der Fraunhofer IPA Abteilung und des Heinrich-Lanz-Zentrums persönlich beraten lassen. Des Weiteren werden Technologietrainings, klinische Anwendungs- und Machbarkeitsuntersuchungen und viele weitere Services angeboten.

Die enge Vernetzung der Fraunhofer IPA Abteilung »Klinische Gesundheitstechnologien«, die zeitgleich das Mannheim Medical Transfer Center M²TC betreibt, und des Heinrich-Lanz-Zentrums, aber auch der weiteren Partner, wie der Universitätsmedizin Mannheim, bietet eine optimale Grundlage für eine schnelle operative Projektdurchführung.

ANIMMED

ERIK - Emotionssensitive Robotik für die Therapie am Bsp. Autismus

Der Roboter als physischer Interaktionspartner und Förderinstrument

© Frank - stock.adobe.com
Der Roboter als physischer Interaktionspartner und Förderinstrument

Was bei den meisten Menschen ganz unbewusst geschieht, stellt autistische Kinder vor eine große Herausforderung: Die Emotionen des Gegenübers richtig erkennen, interpretieren zu können und darauf entsprechend zu reagieren. Ziel des Verbundprojektes ERIK ist daher die Entwicklung einer Roboterplattform, die neue Interaktionsstrategien in der Therapie von Kindern mit eingeschränkten sozio-emotionalen Fähigkeiten, wie bspw. Kindern im Autismusspektrum, aufgreift.

Unser Lösungsansatz:

  • Integration sensorbasierter Emotionserkennung auf Basis von Mimik, Sprache und physiologischer Signale
  • Schaffung einer neuartigen Kind-Roboter-Interaktion mittels mehrerer therapeutischer Interaktionsansätze
  • Steigerung der Kommunikationsfähigkeit autistischer Kinder durch spielerisches Training und positives Bestärken (z.B bei Lernerfolgen)

https://www.iis.fraunhofer.de/de/ff/sse/machine-learning/affective-sensing/emotionssensitive-robotik.html

https://www.interaktive-technologien.de/projekte/erik

Mit Künstlicher Intelligenz die Intensivpflege verbessern

Decision Support System für das klinische Multiorgan-Unterstützungssystem ADVOS mit ADVITOS

Klinikpersonal leidet zumeist unter enormer Arbeitsbelastung und Personalmangel, vor allem auf Intensivstationen. Dies hat Konsequenzen für Patienten und Patientinnen, insbesondere wenn es bei ihnen zum Multiorganversagen kommt. Mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) soll zukünftig ein klinisches Multiorgan-Unterstützungssystem noch besser für die Behandlung eingesetzt werden.

https://safe-intelligence.fraunhofer.de/artikel/ki-intensivpflege

ICON – Das prädiktive Krankenhaus

© Fraunhofer ISST

Das Fraunhofer ISST und das Universitätskrankenhaus Aarhus arbeiten in einem angewandten Forschungsprojekt zusammen, um Krankenhausabläufe unter Nutzung der Rechenleistung von Künstlicher Intelligenz zu optimieren und die Patientensicherheit zu erhöhen.

Die Abläufe in modernen Operationssälen und Notaufnahmen sind komplex und für einen reibungslosen Prozess ist eine Vielzahl an Systemen und Datenströmen notwendig. Bisher erfasste Daten aus dem Gesundheitsbereich, der Logistik und dem Krankenhausmanagementsystem zusammenzubringen und nutzbar zu machen ist die maßgebliche Herausforderung in diesem Projekt.

ICON – Das prädiktive Krankenhaus - Fraunhofer ISST