Kartierte Sonographie für die pädiatrische anatomische Bildgebung
Bei Säuglingen und Kleinkindern werden wegen der starken Strahlenbelastung und/oder der Notwendigkeit zur Sedierung Ultraschalluntersuchungen anstelle von CT - und MRT - Aufnahmen verwendet. Während jedoch CT - Geräte mit Röntgenstrahlen und MRT - Geräte mit einem starken Magnetfeld eine hochauflösende Bildgebung ermöglichen, ist bei bei Ultarschallbildern die räumliche Zuordnung zum Körper schlecht.
Für eine sicher OP-Planung muss im Vorfeld klar sein, wo im Bauchraum und im Verhältnis zu den anderen Organen zum Beispiel eine Zyste liegt.
Das Team dieses Projekts sieht die Lösung in der Entwicklung eines Gerätes zur (semi-)automatisierten Segmentierung von abdominellen Zysten bei Ultraschallaufnahmen. Hierbei werden zeitgleich Körper und Sonde mit einem Ultraschallsensor erfasst und anschließend eine dreidimensionale Karte des Patientenkörpers erstellt. Durch den sogenannten Mapped Ultrasound wird die kostengünstige und strahlungsfreie Bildgebungsmodalität Ultraschall in Zusammenarbeit mit der renommierten Kinderklinik der Universitätsmedizin Mannheim neu erschlossen.
Projektteam: Julia Cheng (Fraunhofer IPA) / Prof. Bin Yang (ISS, Uni Stuttgart)
Projektvolumen: 30.000 €
Projektlaufzeit: 01.05.2024 - 30.09.2024
Laser-Induced Drop-On-Demand Additive Manufacturing System
Additive Fertigungsverfahren sind einer DER Enabler für das Paradigma der personalisierten Produktion, ihre Verbreitung ist aktuell jedoch beschränkt, da andere Fertigungsmethoden für Kunststoffe effizienter oder multimaterialfähiger sind. Im Vergleich mit anderen Fertigungsverfahren ist die additive Fertigung deshalb nicht wirtschaftlich genug und wir brauchen ein radikal neues AM Verfahren, das die aktuellen Limitationen überwindet!
Das Projektteam sieht die Lösung in der Verwendung der "Laser-Induced Side Transfer(LIST)" Methode, einem Derivat der gut erforschten Basistechnologie "Laser-Induced Forward Transfer (LIFT)“ Methode. Allerdings wurde die bisher die Verarbeitung von hochviskosen Medien noch nicht betrachtet und keine Multi-Material AM Systeme verwendet.
Projektteam: Patrick Springer (Fraunhofer IPA) / Dr. Tobias Menold (IFSW, Uni Stuttgart)
Projektvolumen: 30.000 €
Projektlaufzeit: 01.06.2024 - 30.09.2024
Kurztitel: PatModES
Langtitel: Patientenspezifische Modellierung bei endovaskulärer Schlaganfallbehandlung
Bei einer akuten Schlaganfalltherapie müssen Katheter zuverlässig und schnell von der Leiste zum Gehirn navigiert werden. Durch eine stark individuelle Gefäßgeoemtrie der Patientinnen und Patienten werden hierfür sehr unterschiedliche Instrumente und Manöver benötigt. Bei zu hohen Kontaktkräften können Gefäße verletzt werden und Instrumente stecken bleiben.
Lösung: Auswertung der Verformung auf dem Röntgenbild während und der Gefäßgeometrie vor dem Eingriff. Bestimmung der Kräfte zwischen Instrument und Gefäßen aus der Verformung (IPA) sowie Fertigung von Hydrogelmodellen mit realer Gefäßgeometrie und -physiologie (BMT).
Ausblick: Entwicklung eines physischen Demonstrators mit realen Gewebeeigenschaften und Kraftmessung.
Projektteam: Christoph Eyberg (Fraunhofer IPA) / Ashkan Shiravand (BMT Uni Stuttgart)
Projektvolumen: 30.000 €
Projektlaufzeit: 01.05.2024 - 30.09.2024
Kurztitel: DigiAutoFab
Langtitel: Digitaler End-To-End Workflow zur additiven Serienfertigung von Kunststoffbauteilen für die Automobilindustrie
Im Vorhaben DigiAutoFab wird das Ziel verfolgt, die gesamte Prozesskette für additiv gefertigte Kunststoffbauteile mit dem Pulverbettschmelzverfahren mit Lasern (PBF-LB/P) von der Konstruktion über die Fertigungsvorbereitung über die Fertigung, bis zu den nachgelagerten Prozessen durchgehend zu digitalisieren.
Verbundkoordination: Martin Bayer, Leotech Rapid Prototyping und Werkzeugbau GmbH
Projektvolumen: 4,121 Mio. € (Förderanteil BMWK: 66 %)
Projektlaufzeit: 01.09.2023 – 30.06.2026
Kurztitel: EndoPin
Langtitel: Endovaskuläre Kontaktkraftbestimmung für patientenspezifische Navigation
Bei der endovaskulären Navigation wie sie zum Beispiel bei der Schlaganfall- oder Herzinfarkttherapie benötigt wird, müssen Katheter zuverlässig und schnell von der Leiste zum Gehirn oder Herzen navigiert werden. Durch eine stark individuelle Gefäßgeoemtrie der Patientinnen und Patienten werden hierfür sehr unterschiedliche Instrumente und Manöver benötigt. Bei zu hohen Kontaktkräften können Gefäße verletzt werden und Instrumente stecken bleiben.
Lösung: Mechanische Modellierung zur Bewertung der bei der endovaskulären Navigation auftretenden Kontaktkräfte anhand von Röntgenbildern, Vermeidung übermäßiger Kontaktkräfte, die zu Verletzungen führen können, Bewertung, ob der aktuelle Katheter geeignet ist, das Ziel zu erreichen, bestmögliche Unterstützung bei der Navigation und um in Zukunft automatisierte Eingriffe sicherstellen zu können.Ergebnisse: Auf Basis des Cosserat-Balkens wurde ein mechanisches Modell implementiert, um große und nichtlineare Verformungen der Katheter zu erfassen. Aus Hydrogel wurde ein transparentes Gefäßmodells hergestellt, in dem die Kontaktkraftbestimmung getestet werden kann. Und es wurden ein Prüfstandsaufbau und ein Solver entwickelt, mit denen die wirkenden Kräfte aus der Verformung des Katheters unter dem Röntgenstrahl bestimmt werden können.
Projektteam: Christoph Eyberg (Fraunhofer IPA) / Giorgio Cattaneo und Ashkan Shiravand (BMT Uni Stuttgart)
Projektvolumen: 30.000 €
Projektlaufzeit: 01.07.2023 - 30.11.2023
Kurztitel: Personalisierte Knorpelimplantate
Langtitel: Personalisierte Knorpelimplantate für das Kniegelenk
Knorpelschäden am Kniegelenk schränken uns beim Sport und im Alltag ein. Häufig hilft eine Therapie, in der künstliches Knorpelgewebe eingesetzt wird. Das Problem: Manchmal verwächst das künstliche Gewebe nicht besonders gut. Forschenden der Universität Stuttgart ist es gelungen, künstliches Knorpelgewebe herzustellen, das individuell an die Geometrie der Patientin oder des Patienten angepasst und mit lebenden Zellen besiedelt werden kann.
Der Vorteil des personalisierten Knorpelgewebes ist, dass das Gewebe besser an die individuelle Situation im Körper angepasst werden kann. Hierdurch steigt die Chance auf eine schnelle Verwachsung und die Patienten können ihr Knie früher wieder belasten und sind schneller schmerzfrei.
Weiter Informationen zu diesem Projekt finden Sie hier.
Projektteam: Günter Tovar (IGVP Uni Stuttgart) / Frederik Wulle und Daniel Kurth (ISW Uni Stuttgart)
Projektvolumen: 1.000.000 €
Projektlaufzeit: 16.10.2017 – 15.04.2020
Kurztitel: 2pp Polymere
Langtitel: 2-Photonenpolymerisation basierte Polymere für personalisierte Medizinanwendungen
In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach künstlichem Gewebeersatz für die Behandlung von Krankheiten, Verletzungen oder altersbedingten Zuständen erheblich gestiegen. Solche künstlichen Gewebe werden auch in der Arzneimittelentwicklung als Alternative zu Tierversuchen eingesetzt. Die Herstellung von künstlichem Ersatzgewebe, das so genannte "Tissue Engineering", ist jedoch äußerst komplex. Der menschliche Körper besteht aus vielen Geweben und Organen mit unterschiedlichen Eigenschaften, die eine Vielzahl verschiedener Funktionen erfüllen. Und in jedem Gewebetyp ist die Zusammensetzung der Zellen und der umgebenden Matrix individuell an die spezifische Funktion des Gewebes angepasst. In natürlichen Geweben werden die Bestandteile der umgebenden oder extrazellulären Matrix (ECM) größtenteils von den in die Matrix eingebetteten Zellen synthetisiert und freigesetzt. Die Matrix bestimmt im Wesentlichen die biomechanischen Eigenschaften des Gewebes und besteht aus einer vielfältigen Kombination von extrazellulären Matrixproteinen, Wachstumsfaktoren und anderen Molekülen, die einzigartige Formen und Funktionen auf Nano-, Mikro- und Makroebene schaffen. Die wichtigsten Makromoleküle sind Kollagene, nicht-kollagene Glykoproteine, Glykosaminoglykane und Proteoglykane.
In diesem Projekt wird biologisches Zellmatrixprotein mit Hilfe der 2-Photonen-Polymerisation bei Produktionsraten von mehreren Litern pro Tag mikrometergenau verarbeitet.
Projektlaufzeit: 16.10.2017 – 15.04.2020
Projektteam:
Kurztitel: Ökologisch optimierte Fertigungsplanung
Langtitel: Ökologisch optimierte Fertigungsplanung für eine hybride Fertigung mit Lasern für personalisierte Produktion
Die hybride Fertigung mit Lasern, auch bekannt als additive Fertigung, ist eine aufstrebende Technologie, deren Herausforderungen sich derzeit auf drei Hauptbereiche konzentrieren: Schlechte Produktqualität, unzureichende Prozesseigenschaften und ein geringer Automatisierungsgrad. Neben den technischen Herausforderungen stehen bei diesem Projekt auch ökologische Überlegungen im Vordergrund. Eine deutliche Reduzierung des übermäßigen Verbrauchs von Ressourcen wie Land, Wasser oder seltenen Erden sowie die drastische Reduzierung umweltrelevanter Emissionen ist mehr denn je eine zwingende Aufgabe in der Forschung und Entwicklung neuer Produkte. Eine ökologisch optimierte Produktionsplanung ermöglicht es, die mit der Produktion, der Anwendung und den verschiedenen Recyclingprozessen verbundenen Umweltbelastungen zu adressieren und gezielt zu reduzieren. In diesem Projekt wird der Frage nachgegangen, wie eine Produktionsplanung für hybride laserbasierte Fertigungsverfahren unter Berücksichtigung ökologischer Aspekte realisiert werden kann.
Projektvolumen: 1.000.000 €
Projektlaufzeit: 16.10.2017 - 15.04.2020
Projektteam:
Institut für Akustik und Bauphysik (IABP)
Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW)
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW)
Personalisierte Skoliose-Korsette / Orthesen
Wie können personalisierte Wirbelsäulenorthesen unter Berücksichtigung der Fertigungsmöglichkeiten sowohl auf die individuelle Körperform (Größe, Segmentlängen) und Körpereigenschaften als auch die individuelle Ausprägung der Skelettdeformität optimiert werden und mit Hilfe des mehrachsigen 3D-Drucks gefertigt werden?
Projektvolumen: 1.000.000 €
Projektlaufzeit: 16.10.2017 – 15.04.2020
Projektteam:
- Institut für Modellierung und Simulation biomechanischer Systeme (IMSB)
- Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW)
Kurztitel: Exoskelett Antriebe
Langtitel: Arbeitszyklische Antriebsauslegung für Exoskelett Antriebe
Lassen sich personalisierte Arbeitszyklen für Exoskelette in Menschmodellen ableiten und lässt sich somit der Antrieb optimieren?
Projektvolumen: 1.000.000 €
Projektlaufzeit: 16.10.2017 – 15.04.2020
Beteiligte Institute:
Janina Ulmer
Geschäftsführerin der Stuttgart Partnership Initiative – Mass Personalization (SPI-MP)