Ein patientenspezifischer digitaler Zwilling soll Chirurginnen und Chirurgen künftig bei komplexen Tumoroperationen an der Wirbelsäule unterstützen. Das Heidelberger Projekt IntelliSpine-Recon kombiniert medizinische Bilddaten, KI und eine virtuelle Trainingsumgebung mit haptischem Feedback.
Forschende des Universitätsklinikums Heidelberg und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickeln eine digitale Assistenzplattform für komplexe Tumoroperationen an der Wirbelsäule. Im Projekt IntelliSpine-Recon soll zunächst aus CT- und MRT-Aufnahmen, Laborbefunden und Informationen zum Krankheitsverlauf ein patientenspezifischer digitaler Zwilling entstehen. Das KI-gestützte 3D-Modell soll Knochen, Tumor, Nerven und Blutgefäße abbilden und besonders kritische Bereiche markieren. Chirurgische Teams könnten dadurch unterschiedliche Zugangswege bereits vor dem Eingriff virtuell prüfen und die Operation individuell planen.
Virtuelle OP mit spürbaren Grenzen
In einem zweiten Schritt soll eine Trainingsumgebung entstehen, in der sich der geplante Eingriff virtuell durchspielen lässt. Das KIT entwickelt dafür Komponenten für die Simulation und ein haptisches Feedback. Nähert sich ein virtuelles Instrument beispielsweise Rückenmark, Nerven oder größeren Blutgefäßen, soll das Eingabegerät einen spürbaren Widerstand erzeugen. Solche „haptischen Leitplanken“ könnten helfen, schwierige Operationsschritte schon vor dem tatsächlichen Eingriff zu erkennen und verschiedene Vorgehensweisen zu erproben. Im Mittelpunkt stehen unter anderem spinale Chordome und Sarkome. Diese seltenen bösartigen Knochentumoren können an unterschiedlichen Bereichen der Wirbelsäule auftreten und in benachbartes Gewebe einwachsen. Die Nähe zu Rückenmark, Nervenwurzeln und großen Blutgefäßen macht die operative Entfernung besonders anspruchsvoll.
Daten aus Planung und Nachsorge sollen zurückfließen
IntelliSpine-Recon verfolgt zudem einen Closed-Loop-Ansatz. Erkenntnisse aus Planung, Operation und späterem Krankheitsverlauf sollen kontinuierlich in die Weiterentwicklung der digitalen Werkzeuge einfließen. Berücksichtigt werden sollen dabei auch Patient-Reported Outcome Measures, also Angaben der Betroffenen etwa zu gesundheitlichem Wohlbefinden, sowie ihre Einschätzung zur Akzeptanz KI-gestützter Verfahren.
Indem wir Daten aus den Bereichen Planung, Operation und Nachsorge zusammenführen, wollen wir besser verstehen, welche Entscheidungen langfristig zu den besten Ergebnissen für die Patientinnen und Patienten führen
Privatdozentin Dr. Pavlina Lenga, Projektkoordinatorin an der Medizinischen Fakultät Heidelberg der Universität Heidelberg
Von einer klinisch verfügbaren Assistenzlösung ist das Projekt allerdings noch entfernt. IntelliSpine-Recon hat seine Arbeit zum 1. November aufgenommen und läuft zunächst drei Jahre. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt fördert den Verbund im Rahmen von Zukunft eHealth mit rund 1,6 Millionen Euro.
Am Ende soll ausdrücklich kein marktreifes Medizinprodukt stehen, sondern ein Prototyp für eine KI-gestützte Assistenzplattform. Erst weitere Entwicklungs- und Validierungsschritte könnten zeigen, ob der digitale Zwilling künftig tatsächlich Komplikationen reduziert oder klinische Ergebnisse verbessert. Neben Neurochirurgie, Medizinischer Informatik und Radioonkologie des Universitätsklinikums Heidelberg sind das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen Heidelberg und das KIT beteiligt. Die Deutsche Sarkom-Stiftung begleitet das Projekt und bindet Patientenvertreter in Entwicklung und Bewertung ein.
