Tag Fraunhofer IGD

Vortragsreihe „Angewandtes Quantencomputing am Fraunhofer IGD in Darmstadt“

Impulse für den Praxistransfer: Quantencomputing in Forschung und Industrie

Das Zentrum für Angewandtes Quantencomputing (ZAQC) lädt im Juni zu einer hybriden Vortragsreihe am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ein. Expertinnen und Experten stellen konkrete Anwendungsszenarien, aktuelle Herausforderungen und innovative Lösungsansätze vor – von der Optimierung über Simulationstechniken bis hin zur Wirkstoffforschung.

Quantencomputing gilt als eine der vielversprechendsten Zukunftstechnologien. Doch um sein Potenzial auszuschöpfen, ist ein grundsätzlich neues Denken gefragt: probabilistische statt deterministischer Algorithmen, verschränkte Qubits statt klassischer Bits – und eine komplett andere Art der Problemlösung.

Das vom Land Hessen geförderte Zentrum für Angewandtes Quantencomputing (ZAQC), das am Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in Darmstadt beheimatet ist, möchte diese Brücke schlagen – zwischen Grundlagenwissen, industriellen Anwendungsfeldern und konkreten Lösungsideen. Ziel ist es, Unternehmen und Forschungseinrichtungen frühzeitig zu befähigen, die Potenziale des Quantencomputings zu identifizieren, zu bewerten und gezielt zu nutzen.

In diesem Kontext veranstaltet das ZAQC im Juni 2025 eine öffentliche hybride Vortragsreihe, in der Expertinnen und Experten aus Forschung über ihre aktuellen Aktivitäten, Herausforderungen und Lösungsansätze im Bereich des angewandten Quantencomputing berichten.

Die Reihe soll über aktuelle Erkenntnis informieren und den Austausch zwischen Industrie und angewandter Forschung fördern – und richtet sich sowohl an Interessierte, die bisher noch keine oder wenig Berührung mit Quantencomputing hatten, als auch an Fachleute aus der Industrie u.a. für die Bereiche Chemie, Pharma oder Ingenieurwesen.

Programmübersicht:

Ort: Hörsaal des Fraunhofer IGD in Darmstadt & online
Zeit: jeweils um 17:00 Uhr
Anmeldung: Quantencomputing – Fraunhofer IGD / https://www.igd.fraunhofer.de/de/veranstaltungen/quantencomputing.html

4. Juni 2025 – Quanteninspirierte Optimierung
Dieser Vortrag stellt Algorithmen vor, die physikalische Prinzipien wie den Quanten-Tunneleffekt nutzen, um klassische Optimierungsprobleme effizienter zu lösen – etwa in Logistik, Finanzen, maschinelles Lernen oder Pharmazie.

12. Juni 2025 – Tensornetzwerke für die physikalische Simulation
Tensornetzwerke bieten eine vielversprechende Lösung für Simulationen komplexer physikalischer Systeme in der Naturwissenschaft, insbesondere dort, wo klassische Verfahren an ihre Grenzen stoßen. Anwendungsfelder reichen von Quantenchemie bis zur numerischen Ingenieurmechanik.

18. Juni 2025 – Quantencomputing für die Proteinfaltung
Die präzise Vorhersage von Proteinstrukturen spielt eine zentrale Rolle in der Wirkstoffentwicklung im Bereich Arzneimittelforschung und computergestützten Biologie. Der Vortrag zeigt, wie Quantenoptimierung neue Wege eröffnet, um komplexe biologische Prozesse wie die Proteinfaltung zu analysieren – und stellt den Leistungsstand heutiger Quantenhardware klassischen Lösungsansätzen gegenüber.

Ziel der Vortragsreihe ist es, den Einsatz von Quantencomputing in realen Anwendungsszenarien greifbar zu machen – und so den Weg für zukünftige Innovationen zu ebnen.

Weitere Links:

ZAQC / Angewandtes Quantencomputing – Fraunhofer IGD: https://www.igd.fraunhofer.de/de/forschung/kernkompetenzen/angewandtes-quantencomputing.html

Veranstaltungsreihe / Quantencomputing – Fraunhofer IGD: https://www.igd.fraunhofer.de/de/veranstaltungen/quantencomputing.html

Über das Fraunhofer IGD:
Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD setzt seit über 30 Jahren Standards im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Die rund 260 Mitarbeitenden des Fraunhofer IGD unterstützten Unternehmen und Institutionen der Branchen Automotive, Gesundheit und Pflege, Bioökonomie, Software- und IT-Wirtschaft, Maritime Wirtschaft sowie Kultur- und Kreativwirtschaft. Das Fraunhofer IGD bietet konkrete technologische Lösungen und hilft bei der strategischen Entwicklung. Die Forscherinnen und Forscher betreiben Problemanalyse, konzipieren Soft- und Hardwaresysteme, entwickeln Prototypen und realisieren und implementieren visuell-interaktive Systeme. Schwerpunkte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Das Fraunhofer IGD betreibt seit 1987 Spitzenforschung und begleitet an seinen zwei Standorten Darmstadt und Rostock den gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Wandel mit anwendungsorientierten Lösungen. Internationale Relevanz entfalten seine Produkte durch die Zusammenarbeit mit dem österreichischen Schwesterinstitut an den Standorten Graz und Klagenfurt sowie die Beteiligung an verschiedensten EU-Projekten.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
https://www.igd.fraunhofer.de

Mit den Scanverfahren des Fraunhofer IGD lassen sich Kunstwerke mikrometergenau digital abbilden.

Mit digitalen Zwillingen kollaborativ Herausforderungen der Kulturbranche meistern

Die Kulturbranche steht vor vielfältigen Herausforderungen: finanzielle Engpässe, rückläufige Besucherzahlen und der aufwändige Erhalt wertvoller Kulturgüter. Digitale Technologien bieten vielversprechende Lösungsansätze, um den Zugang zu Kunst und Kultur für ein breites Publikum langfristig zu sichern. Das Fraunhofer IGD trägt mit intelligenten Ansätzen zur Digitalisierung, Aufbereitung und Visualisierung sowie einer hochpräzisen Geometrie- und Materialrekonstruktion aktiv zum jüngst gestarteten EU-Projekt ECHOES bei. Ziel ist der Aufbau einer kollaborativen Cloud-Plattform für das europäische Kulturerbe.

Ob Präservation, Restauration oder Rekonstruktion: Die Digitalisierung von Kulturgütern bildet die Basis für den Erhalt wertvoller Kunstwerke und Artefakte und kann gleichzeitig auch deren Zugänglichkeit verbessern. Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD arbeitet an Lösungen, um Statuen, Gemälde und Skulpturen in nie dagewesener Detailtiefe zu erfassen und virtuell auszustellen und so einen digitalen Zwilling des Kulturguts entstehen zu lassen.

Mit den Fraunhofer-Lösungen erfolgt die farbechte 3D-Digitalisierung beliebiger Objekte robotergestützt und vollautonom ohne manuelle Nachbearbeitung. „Für Archive und Museen sind sowohl eine wiederholbar hohe Qualität der Ergebnisse als auch eine Reduktion laufender Kosten entscheidend. Unsere Systeme bieten beides“, erklärt Pedro Santos, Leiter der Abteilung Digitalisierung von Kulturerbe. So entstehe eine digitale Replik, die das reale Kunstwerk detailgetreu in ein 3D-Modell überführt. Mit diesem kann sowohl wissenschaftlich gearbeitet werden, es lässt sich aber auch in optimierter Qualität zur Wissensvermittlung über das Web einsetzen.

Materialien mit KI rekonstruieren

Ein weiterer Schwerpunkt des Fraunhofer IGD liegt auf der Materialrekonstruktion an 3D-Objekten. Mit Künstlicher Intelligenz (KI) restaurieren die Forschenden beschädigte oder unvollständige Kulturgüter digital. Sie zeichnen etwa die Veränderung der Farbgebung über die vergangenen Jahrhunderte nach und stellen ursprüngliche Erscheinungsbilder wieder her. Die KI nimmt noch vorhandene Farbinformationen auf und erkennt zum Beispiel, welcher Teil der Statue Arm, Haar oder Kleid ist. Anschließend setzt sie die Färbung auf Basis der Vorhersage um. „Mit dieser Technologie tragen wir zur wissenschaftlichen Erforschung sowie zum Kuratieren virtueller Ausstellungen gleichermaßen bei“, erklärt Holger Graf, Abteilungsleiter Virtuelle und Erweiterte Realität.

3D-Kollaboration bringt Akteure der Kulturbranche zusammen

Mit seinen Lösungen unterstützt das Fraunhofer IGD den Aufbau einer europäischen kollaborativen Cloud-Plattform. Sie soll die Akteure der Kulturbranche, also beispielsweise Forschungseinrichtungen, Museen und Archive, vernetzen sowie mit verschiedenen digitalen Anwendungen und Services ausstatten und damit einen effizienten Wissensaustausch ermöglichen. „Neben dem Zusammenführen von Daten, Scans und Analysen steht die 3D-Kollaboration im Vordergrund“, erklärt Holger Graf. Die Fraunhofer-Ansätze ermöglichen es Interessierten, kooperativ Kulturobjekte und -güter in 3D zu visualisieren, gemeinsam zu annotieren und Ergebnisse zu dokumentieren.

Kick-off für EU-Projekt

Das im Rahmen des Programms Horizont Europa finanzierte EU-Projekt ECHOES ist bis 2029 mit 25 Millionen Euro ausgestattet. Damit stellt es eine der signifikantesten Investitionen dar, die jemals in Europa in eine Initiative für Cloud-Lösungen für das Kulturerbe und im weiteren Sinne für die Geistes- und Sozialwissenschaften getätigt wurde. ECHOES startete offiziell zum 1. Juni 2024, am 1. Juli fand die Kick-off-Veranstaltung zur Zusammenarbeit der 51 europäischen Partner statt. Die Laufzeit beträgt fünf Jahre.

Im Rahmen des EU-Projekts trägt das Fraunhofer IGD dazu bei, das europäische Kulturerbe auch für zukünftige Generationen lebendig und erlebbar zu erhalten. „Moderne Technologien ermöglichen es uns, das kulturelle Erbe Europas in einer Detailtiefe zu bewahren und zugänglich zu machen, die bisher undenkbar war“, resümiert Pedro Santos.

Weiterführende Informationen: https://www.igd.fraunhofer.de/de/branchen/kultur-und-kreativ.html

Über das Fraunhofer IGD:
Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD setzt seit über 30 Jahren Standards im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Die rund 210 Mitarbeitenden des Fraunhofer IGD unterstützten Unternehmen und Institutionen der Branchen Automotive, Gesundheit und Pflege, Bioökonomie und Infrastruktur, Software- und IT-Wirtschaft, Maritime Wirtschaft sowie Kultur- und Kreativwirtschaft. Das Fraunhofer IGD bietet konkrete technologische Lösungen und hilft bei der strategischen Entwicklung. Die Forscherinnen und Forscher betreiben Datenanalyse, konzipieren Soft- und Hardwaresysteme, entwickeln Prototypen und realisieren und implementieren visuell-interaktive Systeme. Schwerpunkte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Das Fraunhofer IGD betreibt seit 1987 Spitzenforschung und begleitet an seinen drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel den gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Wandel mit anwendungsorientierten Lösungen. Internationale Relevanz entfalten seine Produkte durch die Zusammenarbeit mit dem österreichischen Schwesterinstitut an den Standorten Graz und Klagenfurt sowie die Beteiligung an verschiedensten EU-Projekten.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
https://www.igd.fraunhofer.de

Fraunhofer IGD App Guardio® zeichnet Herzbewegungen auf und übersetzt diese in ein Mehrkanal-EKG.

Nicht mehr durchs Raster fallen

Einem 24-Stunden-EKG als Standardmethode zur Diagnose von Herzerkrankungen kann eine Menge entgehen – nämlich alle Unregelmäßigkeiten, die seltener auftreten. Das zieht für Betroffene häufig eine langwierige Odyssee bis zur finalen Diagnose und Behandlung nach sich. Dieser diagnostischen Lücke widmet sich ein Forscher-Team des Fraunhofer IGD aus Rostock. Die Gesundheits-App Guardio® ermöglicht unkompliziert das Erstellen von Mehrkanal-EKGs ohne Elektroden und kann dazu beitragen, Herzerkrankungen deutlich früher zu erkennen als herkömmliche Methoden.

Herzerkrankungen sind laut Robert-Koch-Institut eine der häufigsten Todesursachen in Deutschland. Umso gravierender der Status-quo der Diagnostik: bis zu einer finalen Diagnose in Sachen Herzgesundheit können bis zu zehn Jahre vergehen. Woran das liegt, weiß Fraunhofer-Forscher Dr. Marian Haescher: „Wer mit Herzbeschwerden zu seiner Ärztin oder seinem Arzt geht, wird in aller Regel ein 24-Stunden-EKG verordnet bekommen. Kardiologen haben uns berichtet, dass die Chance, damit z.B. Vorhoffflimmern als eine Ursache von Schlaganfällen zu diagnostizieren, aber gerade einmal bei fünf Prozent liegt!“ Das liege daran, dass der gemessene Zeitraum – eben die 24 Stunden – zu kurz seien und die Arhythmien des Herzens deutlich seltener auftreten könnten. Lange Wartezeiten bis zu einem Termin beim Spezialisten tun ihr übriges.

Haescher und seine Kollegen am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in Rostock haben eine Künstliche Intelligenz entwickelt, welche Herzbewegungen messen, daraus Informationen zur Herzgesundheit ableiten und unterschiedlich darstellen kann. Wie diese KI mit Daten versorgt wird, ist flexibel. Eine Möglichkeit sind die in jedem Smartphone verbauten Beschleunigungssensoren – die Gesundheits-App Guardio® leitet ihre Nutzer Schritt für Schritt durch eine Eigenmessung der Herzaktivitäten. Diese dauert gerade einmal 30 Sekunden und ist bequem und vor allem ohne das Kleben von Elektroden möglich. Damit ist eine wiederholte Messung über einen längeren Zeitraum oder eine punktgenaue Momentaufnahme möglich z.B. beim Auftreten von Symptomen wie Kurzatmigkeit oder Herzrasen. Damit schafft das Entwickler-Team erstmals eine unkomplizierte Möglichkeit, kurzfristig und verlässlich die eigene Herzgesundheit zu überwachen. Ziel dabei sei allerdings nicht die Möglichkeit zur Heimdiagnose, wie Haescher betont. Deshalb „übersetzt“ das Programm die gesammelten Daten in ein Standard-EKG, so dass Kardiologen die Auswertung übernehmen können, denn „die diagnostische Hoheit bleibt immer bei den Medizinern“. Dennoch schließt Guardio@ eine entscheidende Lücke in der Diagnostik, wie auch Prof. Dr. med. Dietmar Bänsch, Ärztlicher Direktor und Chefarzt der Rhythmologie im KMG Klinikum in Güstrow, bestätigt: „Eine jederzeit schnell zugängliche Aufzeichnung von Mehrkanal-EKGs – wie sie Guardio® ermöglicht – wäre der absolute Durchbruch in der Diagnostik von Herzrhythmusstörungen.“

Denkbar ist der Einsatz der Technologie aber auch an Inkubatoren für Neugeborene, denn durch die Datenerfassung per Doppler-Radar erfolgt das Aufzeichnen der Herzbewegungen in diesem Fall kontaktlos. Selbst jede Smartwatch wäre heutzutage durch die standardmäßig verbauten Sensoren in der Lage, ein EKG aufzuzeichnen, gibt Informatiker Haescher zu. Allerdings mit einem entscheidenden Manko: „Smartwatches könnten lediglich ein Einkanal-EKG aufzeichnen, unsere Auswertungen hingegen haben den gleichen Aussagewert wie ein Mehrkanal-EKG und können damit deutlich mehr Herzerkrankungen erkennen.“ Das bestätigt auch die Kardiologin Dr. Grit Nonnemann: „Ich halte Guardio für ein sehr gutes Tool, um asymptomatische Patienten herauszufiltern, die so vor Hirninfarkten bewahrt werden können und um bei symptomatischen Patienten Rhythmusstörungen ohne weitere Hilfsmittel zu verifizieren.“

Die Wissenschaftler optimieren die Technologie hinter Guardio® gemeinsam mit Kardiologen und Rhythmologen aus Güstrow – Anfang 2023 gründen sie mit der Idee ihr eigenes Start-up als Spin-off des Fraunhofer IGD. Nach Abschluss der Medizinproduktezertifizierung, so hoffen sie, findet ihre Technologie dann so bald wie möglich als Digitale Gesundheitsanwendung, über Krankenkassen oder als Tool im Privatzahler-Modell ihren Weg zu den Betroffenen.

Weiterführende Informationen:

Mehr über Guardio®: https://guardio.health/

Mehr über die Forschung des Fraunhofer IGD in der Branche Gesundheit und Pflege: https://www.igd.fraunhofer.de/de/branchen/gesundheit.html

Über das Fraunhofer IGD:
Seit 1987 setzt das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD internationale Standards für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen und unterstützen Industrie und Wirtschaft dabei, sich strategisch zu entwickeln. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, Künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 190 Forscherinnen und Forscher generieren an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Internationale Relevanz entfalten unsere Produkte durch die Zusammenarbeit mit dem Schwesterinstitut in Graz und Klagenfurt. Mithilfe unserer Matrixorganisation bedienen wir unsere Kundschaft aus den unterschiedlichsten Branchen mit relevanten technischen und wettbewerbsorientierten Leistungen. Hierfür haben wir branchenerfahrene, crossfunktionale Teams aus Expertinnen und Experten, die auch Planung, Leitung und Evaluation für alle Projektgrößen übernehmen.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
presse@igd.fraunhofer.de
https://www.igd.fraunhofer.de

Treppenstufenartefakte (a) stören nicht nur optisch – Shape Dithering (c) verhindert dies.

Mit einer rein geometrischen und algorithmischen Methode verhindern Wissenschaftler des Fraunhofer IGD Treppenstufenartefakte im Multimaterial-3D-Druck. Um Quantisierungsfehler zu vermeiden, modulieren sie die Oberfläche des Objekts mit einem hochfrequenten Signal. Das Ergebnis sind geometrisch und farblich akkurate Oberflächen. Ihre Forschungsergebnisse präsentieren die Wissenschaftler in dem Paper „Shape Dithering for 3D Printing“, das im Rahmen der Computergrafik-Messe SIGGRAPH veröffentlicht wird.

Treppenstufenartefakte sind in herkömmlichen 3D-Druck-Verfahren unvermeidbar. Sie sind visuell störend und können für den Druck sogar strukturell nachteilig sein. Um akkuratere Oberflächen erzeugen zu können, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD ein neues Verfahren für Polyjet-Drucker entwickelt. Die Herangehensweise minimiert Quantisierungsfehler, sodass Treppenstufenartefakte im tatsächlichen Druck nicht mehr wahrnehmbar sind und weit unter den physikalischen Effekten des Druckprozesses liegen. Das Ergebnis ist eine gleichmäßigere und glattere Oberfläche der Objekte.

Unterhaltungsbranche profitiert von hochwertigen Druckergebnissen

Um den gewünschten Effekt zu erhalten, wird die Oberfläche des Objekts mit einem hochfrequenten Signal, beispielsweise mit blauem Rauschen, moduliert. Dadurch erfolgt eine Verteilung der Quantifizierungsfehler auf hohe Frequenzen, die dann später durch die Funktion des menschlichen Auges und vieler Druckprozesse entfernt werden. „Die Druckzeit bleibt, unabhängig vom Verfahren, gleich. Auch zusätzliche Rechenzeit benötigt das Dithering-Verfahren nicht“, erklärt Alan Brunton aus dem dreiköpfigen Autorenteam.

Eingesetzt wird das Verfahren beispielsweise in der Unterhaltungsbranche. Für animierte Filme, Videospiele oder für Gesellschaftsspiele werden Figuren und Objekte gedruckt. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren profitieren diese durch den Shape Dithering Ansatz von geometrischer und farblicher Präzision und erscheinen so besonders realistisch.

Flexibel einsetzbar

Als rein algorithmische Methode kann das Dithering-Verfahren unabhängig von der Hardware, also mit unterschiedlichen Polyjet-3D-Druckern, genutzt werden. Die im Paper vorgestellte Lösung wird mit dem 3D-Druckertreiber „Cuttlefish“ des Fraunhofer IGD eingesetzt. Ausgehend von den nun veröffentlichten Ergebnissen werden die Wissenschaftler zukünftig die weiterführende Hypothese untersuchen, ob die gedruckten Objekte – bedingt durch ihre glattere Oberfläche – auch belastbarer sind.

Das Paper „Shape Dithering for 3D Printing“ wurde zur Präsentation auf der SIGGRAPH 2022, der wichtigsten Veranstaltung für Computergraphik, akzeptiert. Die Konferenz findet als Hybridveranstaltung sowohl virtuell als auch vor Ort in Vancouver vom 8. bis 11. August statt. Mostafa Morsy Abdelkader Morsy, Erstautor des Papers, präsentiert dieses am 9. August um 10.45 Uhr Ortszeit stellvertretend für das Forschungsteam.

Weiterführende Informationen:

Das gesamte Paper und ergänzende Materialien (Supplemental Material) finden Sie unter:

– https://www.cuttlefish.de/publications
– https://dl.acm.org/doi/10.1145/3528223.3530129

Schauen Sie hier das Video: https://www.youtube.com/watch?v=ps4m5WDqrbM

—

Fraunhofer IGDauf der SIGGRAPH /8-11. August 2022

Präsentation Paper -9. August 2022, 10:45 Uhr

Über das Fraunhofer IGD:
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
presse@igd.fraunhofer.de
https://www.igd.fraunhofer.de

Software ECHOMICS des Fraunhofer IGD erkennt bereits im Ultraschall bösartig veränderte Lymphknoten.

Forscherinnen und Forscher vom Fraunhofer IGD haben eine Software entwickelt, die Ultraschalluntersuchungen im Hals-Kopf-Bereich noch aussagekräftiger machen: Mit ECHOMICS wird es möglich sein, bösartig veränderte Lymphknoten ohne invasive Bestimmungsmethoden sicher zu diagnostizieren. Die Ergebnisse des Projekts präsentieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der Messe DMEA vom 26. bis 28. April 2022 in Berlin.

Die Sonographie ist eines der wichtigsten bildgebenden Verfahren, auch in der Diagnostik von Krebserkrankungen. Bösartig veränderte Lymphknoten, die von Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Hals-Bereich streuen, werden aber oft erst durch eine Biopsie sicher diagnostiziert. „Künftig wird es möglich sein, bösartig veränderte Lymphknoten per Ultraschall direkt zu erkennen und eine passende Therapie einzuleiten, ohne den Umweg über eine Biopsie oder Resektion zu gehen“, sagt Dr. Stefan Wesarg, Leiter der Abteilung Visual Healthcare Technologies am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD. Möglich macht dies die Software ECHOMICS.

KI-basierte Algorithmen

Dazu haben die Forschenden KI-basierte Algorithmen entwickelt, die Lymphknoten sowohl auf 2D- als auch auf 3D-Bildern vom Kopf-Hals-Bereich automatisch erkennen und markieren. Parameter wie zum Beispiel Form und Größe eines Lymphknotens, seine Binnenstruktur und Elastizität oder seine spezifischen Merkmale der Randbeschaffenheit geben Aufschluss über die Art der Veränderung – analog zur automatisierten Analyse von Tumoren in radiologischen Bilddaten. Zudem berücksichtigt die Software auch klinische Daten der Patientinnen und Patienten wie Geschlecht, Alter oder Lebensgewohnheiten.

„Um frühzeitig bösartige Veränderungen erkennen zu können, ist es wichtig, immer dieselben Lymphknoten zu untersuchen und diese neuen Bilddaten mit den bereits vorhandenen systematisch abzugleichen“, erläutert Wesarg. Eine anspruchsvolle Analyse-Aufgabe, die selbst erfahrene Medizinerinnen und Mediziner vor Herausforderungen stellt. Genau an dieser Stelle setzt ECHOMICS an.

Visual Analytics helfen, Hypothesen zu prüfen

Die Software ermöglicht aber nicht nur den individualspezifischen Abgleich von Datensätzen über einen längeren Zeitraum, sondern auch Kohortenanalysen. „Forschende können Hypothesen aufstellen, zum Beispiel über eine Korrelation verschiedener Merkmale und diese anhand der Daten validieren“, sagt Prof. Jörn Kohlhammer, Leiter der Abteilung Informationsvisualisierung und Visual Analytics. Umso mehr Patientinnen und Patienten anonymisiert in der Software erfasst werden, desto sicherer ist die Verifizierung relevanter Marker.

Ziel ist es, eine Art Signatur für das in Lymphknoten metastasierte Plattenepithelkarzinom zu erstellen, die eine exakte Diagnose erlaubt und eine Prognose über den weiteren Verlauf ermöglicht. „Das ist zwar noch Zukunftsmusik, wir geben der klinischen Forschung mit ECHOMICS aber ein entscheidendes Tool an die Hand, diesem Ziel näher zu kommen“, sagt Wesarg. Erste Anwender von ECHOMICS sind Medizinerinnen und Mediziner an der Uniklinik Düsseldorf. Hier werden jährlich mehr als 3750 Ultraschalluntersuchungen von Hals-Lymphknoten durchgeführt. „Mit ECHOMICS wird eine zusätzliche Entscheidungshilfe bei der Diagnostik von Lymphknoten geschaffen, die eine erhöhte diagnostische Sicherheit für Ärztinnen und Ärzte sowie Patientinnen und Patienten schafft“, sagt PD Dr. Kathrin Scheckenbach, Oberärztin in der HNO-Klinik am Universitätsklinikum Düsseldorf. „Außerdem führt uns dieser Weg in eine in höherem Maße automatisierte IT/KI-gestützte und so vermehrt objektivere Beurteilung.“Weiterentwickelt und marktfähig gemacht wird ECHOMICS gemeinsam mit dem Partner Medcom aus Darmstadt.

ECHOMICS ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördertes Projekt im Rahmen von „KMU-innovativ: Medizintechnik“, das im April 2022 abgeschlossen wird. Auf der DMEA in Berlin präsentieren die Forscherinnen und Forscher vom Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD diese und weitere Neuentwicklungen einem interessierten Fachpublikum.

Weiterführende Informationen:
Zu diesem und allen weiteren Exponaten des Fraunhofer IGD auf der DMEA: https://www.fh-igd.de/DMEA

—

Fraunhofer IGD auf der DMEA

– Berlin, 26.-28. April 2022
– Fraunhofer-Gemeinschaftsstand: Halle 2.2, Stand E106
– Presserundgang: 26. April, 12.30 Uhr

Über das Fraunhofer IGD:
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
presse@igd.fraunhofer.de
https://www.igd.fraunhofer.de

„CareCam“ des Fraunhofer IGD erkennt via Webcam u.a. Stresssymptome und schlägt Abhilfe vor. (Bildquelle: Fraunhofer IGD)

Das Fraunhofer IGD stellt auf der DMEA eine Software vor, die zum persönlichen Gesundheitsassistenten am Bildschirm-Arbeitsplatz wird. Der Clou: dafür benötigt sie lediglich eine handelsübliche Webcam

Sitzen, gucken, tippen, klicken – daraus besteht für viele Menschen der Arbeitsalltag. Und seit der Corona-Pandemie hat sich die Zeit vor dem Monitor – häufig im Homeoffice – noch intensiviert. Dimitri Kraft, Doktorand am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in Rostock, programmierte eine Lösung für alle Computergeplagten: die CareCam.

Software berät, wie wir gesünder arbeiten können

Über die Webcam registriert die Software jede noch so winzige Bewegung. „Unter anderem nimmt die Gesichtserkennung kleinste Änderungen im Farbton wahr, die wir mit bloßem Auge gar nicht sehen können. Daraus errechnet sie den Puls“, erklärt Dimitri Kraft. Die Kamera misst die Blinzelfrequenz und warnt rechtzeitig, damit das Phänomen trockener Augen gar erst nicht auftritt. Sie erfasst die Körperhaltung und den Gesichtsausdruck, zieht daraus Rückschlüsse auf den Stresslevel und schlägt Interventionen vor: „Wenn die Software merkt, dass man gestresst ist oder eine schlechte Körperhaltung hat, dann schlägt sie Abhilfe vor: einfach mal die Sitzposition ändern, ein kurzes Stretching oder eine Meditation.“ Dafür arbeitet der Forscher mit Partnerinnen und Partnern aus den Bereichen der Physiotherapie und Psychologie zusammen.

Daten bleiben auch im BGM privat

Die Daten der CareCam verbleiben ausschließlich bei den Nutzenden und werden nur gespeichert, damit eine Beobachtung über längere Zeit möglich ist. Andere technische Lösungen, wie sie z. B. Smartwatches bieten, erheben zwar ähnliche Messwerte, sind aber aufwendiger anzuwenden, müssen mitgenommen oder aufgeladen werden. Und sie müssen unter Umständen extra angeschafft werden. Dimitri Krafts Lösung dagegen basiert auf dem Gerät, vor dem viele Menschen mit einer Bürotätigkeit ohnehin während des Arbeitens sitzen. Durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz lernt die Software ihre Nutzerin oder ihren Nutzer kennen und stimmt ihre Vorschläge für Bewegungspausen oder andere Maßnahmen auf sie oder ihn ab. In etwa einem Jahr könnte das Programm nach verschiedenen Pilottests und Weiterentwicklungen für einen größeren Personenkreis anwendungsbereit sein. Dann sollen Arbeitgeber es als Möglichkeit des individuellen Betrieblichen Gesundheitsmanagements (BGM) anbieten können. Das Potential hat auch die Fraunhofer-Gesellschaft erkannt und fördert die Idee des Entwickler-Teams über das AHEAD-Programm.

Weiterführende Informationen – zu diesem und allen weiteren Exponaten des Fraunhofer IGD auf der DMEA: https://www.fh-igd.de/DMEA

Fraunhofer IGD auf der DMEA:

– Berlin, 26.-28. April 2022
– Fraunhofer-Gemeinschaftsstand: Halle 2.2, Stand E106

Über das Fraunhofer IGD:
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
presse@igd.fraunhofer.de
https://www.igd.fraunhofer.de

Visualisierungen sicherheitsrelevanter Daten unterstützt die IT-Security bei der Netzwerküberwachung

Sechs Stunden ohne Facebook, Instagram und Co.: Für die US-amerikanische Facebook Inc. bedeutete dies Milliardenverluste. Doch wie kommt es zu solchen Problemen und wie lassen sie sich möglichst schnell erkennen? Mit diesem Themenkomplex beschäftigt sich das Fraunhofer IGD bereits seit mehreren Jahren und verfolgt mit dem Forschungszentrum ATHENE das Ziel, Netzwerkdaten verständlicher zu machen. Somit werden mehr Menschen befähigt, einzuschätzen, was im eigenen Netzwerk passiert. Aktuelle und künftige Möglichkeiten zur visuellen Analyse sollen die Arbeit der Sicherheitsexperten vereinfachen.

„Die Masse an angezeigten Warnungen, die für mehr Cybersicherheit sorgen sollen, ist in Unternehmensnetzwerken kaum überschaubar“, sagt Prof. Dr. Jörn Kohlhammer, ATHENE-Wissenschaftler beim Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD. Das Problem dabei sei, dass ein Großteil der Nachrichten aus Warnungen bestünde, die durch ungefährliche Besonderheiten im Netzwerkverkehr zu Stande kämen. „Dies kann dazu führen, dass die Meldungen, bei denen tatsächlich Handlungsbedarf besteht, in diesen False Positives untergehen. Die Unsicherheit darüber, welche Warnungen als erstes zu behandeln sind, ist dabei ein drängendes Problem.“

Ein weiteres Beispiel für unübersichtliche Datenmassen ist das Border Gateway Protocol (BGP). Dieses ist das Routingprotokoll, das autonome Systeme verbindet und den grenzübergreifenden Datenverkehr des Internets ermöglicht. Wie wichtig dies ist, zeigte der Ausfall von Facebook-Services Anfang Oktober. Aufgrund einer Wartung auf Seiten von Facebook kam es zu einer Unterbrechung der Verbindungen der DNS-Server zum Rechenzentrum. Diese hielten daraufhin BGP-Ankündigungen zurück, da eine gestörte Netzverbindung vorzuliegen schien. Die Server waren länger nicht erreichbar. Mit einer besseren Übersicht der BGP-Ankündigungen wäre dies zu verhindern gewesen.

Die Unübersichtlichkeit der Datenmengen macht es vor allem kleineren Unternehmen schwer, einen Überblicküber ihre Cybersicherheit zu gewährleisten. Die Lösung ist aus Sicht des Fraunhofer IGD die zielgerichtete Visualisierung von sicherheitsrelevanten Daten und Informationen, denn: Je einfacher Netzwerkdaten verständlich gemacht werden, desto mehr Menschen können einschätzen, was im eigenen Netzwerk passiert.

Im Rahmen des Nationalen Forschungszentrums für angewandte Cybersicherheit ATHENE beschäftigt sich das Fraunhofer IGD mit Lösungen zur Visualisierung von Cybersicherheitsdaten. Hersteller von Cybersicherheitssoftware können von dieser Expertise profitieren: Softwarelösungen, die schon heute über gute Funktionalitäten verfügen, können durch eine verbesserte Visualisierung Effektivität und Nutzerzufriedenheit steigern. Ziel ist die Schaffung von Benutzeroberflächen, die bei der Verwendung sehr großer Datenmengen unterstützen und speziell auf die Aufgaben von Netzwerkadministratoren und Sicherheitsexperten ausgerichtet sind.

Visual Analytics sorgt für Überblick

Schon heute bietet das Fraunhofer IGD zahlreiche Lösungen im Bereich der Visual Analytics. So können Cybersicherheitsexperten visuell und interaktiv Warnungen zu verschiedenen Gruppen zuordnen, ohne lange Listen durchzugehen und jede Warnung einzeln beurteilen zu müssen. Stattdessen werden ähnlichen Warnungen als benachbarte Blasen visualisiert, die interaktiv gemeinsam in verschiedene Gruppen eingeteilt werden können.

Das Werkzeug NetCapVis visualisiert Netzwerkdaten sortiert nach Kriterien wie IP-Adressen oder Datenformat. Auf einem Zeitstrahl ist ersichtlich, zu welchem Zeitpunkt welche Datenpakete in das Netzwerk gelangen oder das Netzwerk verlassen. Auf diese Weise ist ein schneller Überblick gegeben, der gleichzeitig eine gezielte Reaktion auf unbekannte Datenbewegungen ermöglicht.

„Die Leitfrage unserer Forschung lautet: Wie kann man Interfaces so vereinfachen und verbessern, dass immer weniger Vorwissen nötig ist, um die Sicherheit des eigenen Netzwerkes zu überwachen“, so Prof. Dr. Kohlhammer. In Zeiten von Digitalisierung und zunehmenden Angriffen auf Unternehmen und öffentliche Einrichtungen sei dies wichtiger denn je. „Das große Ziel ist die bestmögliche Unterstützung von Netzwerkadministratoren und Sicherheitsexperten durch die Visualisierung von Cybersicherheitsdaten.“

Weiterführende Informationen:

Zur Visual Analytics Forschung des Fraunhofer IGD: https://www.igd.fraunhofer.de/kompetenzen/technologien/visual-analytics

Zum Nationalen Forschungszentrum für Angewandte Cybersicherheit ATHENE: https://www.athene-center.de/

Über das Fraunhofer IGD:
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
presse@igd.fraunhofer.de
https://www.igd.fraunhofer.de

Steve Verze ist der erster Patient weltweit mit einer vollständig digital gedruckten Augenprothese.

…der weltweit erste Patient, der mit einer vollständig digital gedruckten 3D-Augenprothese versorgt wird…

Augenprothesen werden in Zukunft mit 3D-Druckern hergestellt. Das Fraunhofer IGD hat eine Reihe von Technologien entwickelt, die die bisherige, rein manuelle Herstellung individueller Prothesen ablösen. Die Fraunhofer-Software Cuttlefish:Eye nutzt einen 3D-Scan der Augenhöhle und ein farbkalibriertes Foto des gesunden Auges, um das 3D-Modell des Prothesenauges zu erstellen. Der Cuttlefish® 3D-Druckertreiber von Fraunhofer wird verwendet, um das Modell auf einem Multifarb-Multimaterial-3D-Drucker zu drucken.

Eine 3D-gedruckte Augenprothese wird nicht nur in einem Bruchteil der Zeit hergestellt, die das herkömmliche Verfahren benötigt, sondern die Prothese sieht auch realistischer aus. Möglich machen dies die Algorithmen von Cuttlefish:Eye, einer Softwarelösung des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD. In enger Zusammenarbeit mit der britischen Firma Ocupeye Ltd. hat das Darmstädter Forschungsteam ein einzigartiges Verfahren entwickelt, um aus einem Scan der Augenhöhle und einem Foto des gesunden Auges ein virtuelles Modell zu erstellen. Dieses dient als zuverlässige digitale Plattform für den 3D-Druck. Die bahnbrechende Technologie zur Herstellung von Prothesen wird nun in einer klinischen Studie am Moorfields Eye Hospital in London erstmals bei Patienten eingesetzt.

Professor Mandeep Sagoo, Facharzt für Augenheilkunde in Moorfields, fügte hinzu:

„Wir sind von dem Potenzial dieses vollständig digitalen Auges begeistert. Dies war das Ergebnis der vierjährigen Entwicklung einer hochentwickelten Technologie in Zusammenarbeit mit dem Moorfields Eye Hospital, dem UCL Institute of Ophthalmology, Ocupeye Ltd und Fraunhofer. Wir hoffen, dass uns die bevorstehende klinische Studie zuverlässige Erkenntnisse über den Mehrwert dieser neuen Technologie liefern und die Vorteile für die Patienten aufzeigen wird. Die Technologie hat eindeutig das Potenzial, die Wartelisten zu verkürzen.“

Augenprothesen werden immer dann notwendig, wenn ein Auge aus gesundheitlichen Gründen operativ entfernt werden musste, z. B. infolge einer schweren Verletzung oder einer lebensbedrohlichen Krankheit wie Augenkrebs. Erkrankungen, von denen in Europa etwa eine dreiviertel Million Menschen und weltweit über acht Millionen betroffen sind. Die Methode, die Augenhöhle individuell zu vermessen und die Prothesen herzustellen, ist seit vielen Jahrzehnten weitgehend unverändert geblieben. Die invasive Abformung kann unangenehm sein und ist bei Kindern eine belastende Erfahrung, die oft eine Vollnarkose erfordert. Der anschließendehandwerkliche, zeitaufwändige Herstellungsprozess führt zu einer mehrmonatigen Wartezeit und verschlimmert damit die ohnehin schon belastende Zeit für den Patienten. Das neue Verfahren, bei dem modernste 3D-Drucktechnologien zum Einsatz kommen, beschleunigt die Produktion erheblich und bietet den Patienten eine schnellere, bessere und insgesamt komfortablere Erfahrung.

Der Ersttermin für die 3D-Prothese des Patienten beginnt mit einem 2,4 Sekunden dauernden, nicht invasiven, nicht ionisierenden Scan mit einem speziell modifizierten optischen Kohärenztomographen für die Augen, der von TOMEY Japan hergestellt wird. Der medizinische Scanner wird routinemäßig in einer Krankenhausumgebung verwendet. Der resultierende Scan der Augenhöhle und das farbkalibrierte Bild des gesunden Auges werden digital an das Fraunhofer IGD übertragen. Tomey hat die Funktionen des Gerätes so optimiert, dass die Augenhöhle des entfernten Auges präzise vermessen und zusätzlich ein farbkalibriertes Foto des gesunden Auges erstellt wird. Aus diesen Daten erstellt Cuttlefish:Eye in ebenso kurzer Zeit ein 3D-Druckmodell. Angesteuert werden die Drucker über den universellen 3D-Druckertreiber Cuttlefish®, der sich durch seine Farbkonsistenz sowie die realistische Darstellung auch transparenter Materialien auszeichnet. Die Technologie des Fraunhofer IGD ist weltweit mit vielen verschiedenen Druckertypen im Einsatz. Gedruckt werden die 3D-Prothesen von der Lupburger Fit AG, die über langjährige Erfahrung in der additiven Fertigung, insbesondere im Bereich der Medizintechnik, verfügt. Nach dem Druck werden die Prothesen von einem Team erfahrener Okularisten geprüft und fertig poliert. Mit einem einzigen 3D-Drucker kann Ocupeye potenziell den jährlichen Bedarf von rund 10.000 Prothesen für den britischen Markt decken.

Gordon Bott, CEO von Ocupeye Ltd, fügte hinzu:

„Gemeinsam mit Fraunhofer haben wir die erste 3D-gedruckte Augenprothese für den Menschen entwickelt. Es gibt jetzt eine vollständige Technologie, die das Potenzial hat, die Erwartungen der Patienten an Augenprothesen neu zu definieren.“

Jeder Schritt des neuen Herstellungsverfahrens wurde strengen Qualitätskontrollen unterworfen. So ist die Cuttlefish:Eye-Software als Medizinprodukt der Klasse 1 zertifiziert. Die Materialien für den 3D-Druck wurden umfangreichen und gründlichen Biokompatibilitätstests unterzogen, bevor die britische Aufsichtsbehörde für Arzneimittel und Gesundheitsprodukte – MHRA – die Genehmigung für eine klinische Studie erteilte. Für die klinische Studie werden etwa 40 Patienten rekrutiert, die eine 3D-gedruckte Augenprothese erhalten. Sie werden im Laufe eines Jahres mehrmals von qualifiziertem Klinikpersonal untersucht und berichten über ihre Erfahrungen.

Dies ist ein wichtiger Schritt zur Verwirklichung der Vision bedürftigen Patienten routinemäßig eine realistische medizinische Augenprothese zur Verfügung zu stellen. Ermöglicht wird dies durch einen hochgradig „disruptiven“ innovativen Prozess, der mit einem medizinischen Gerät für die optische Kohärenztomographie beginnt, das von Tomey Japan hergestellt wird und dessen europäischer Hauptsitz sich in Nürnberg befindet. Auf Grundlage der bereits in der Forschungs- und Entwicklungsphase gewonnenen Erkenntnisse hat Tomey die neuen Funktionalitäten als Standard in die nächste Gerätegeneration übernommen.

Potenziell könnte mit nur einem Gerät pro Klinik und dem Einsatz einer kleinen Anzahl geografisch verteilter 3D-Drucker der geschätzte Weltmarktbedarf von acht Millionen Menschen – etwa 0,1 Prozent der Weltbevölkerung – gedeckt werden.

Weiterführende Informationen:

Über den 3D-Druckertreiber Cuttlefish®: https://www.cuttlefish.de/

Über die 3D-Druck-Forschung am Fraunhofer IGD: https://www.igd.fraunhofer.de/kompetenzen/technologien/3d-druck

Über das Fraunhofer IGD:
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
presse@igd.fraunhofer.de
https://www.igd.fraunhofer.de

Med²icin: Verbindung individueller klinischer Daten mit Populationsdaten für gezieltere Diagnosen.

Forschungsprojekt MED²ICIN

Mit einem Klick zur optimalen Prävention, Diagnose und Therapie: Sieben Fraunhofer-Institute präsentieren im Rahmen des Leitprojekts MED²ICIN den ersten Prototyp eines digitalen Patientenmodells. Die personalisierte und kostenintelligente Behandlung wird damit auf eine ganz neue Basis gestellt und eröffnet neue Perspektiven. Getestet wird der Prototyp bereits am Universitätsklinikum Frankfurt.

„Mit dem Prototyp eines digitalen Patientenmodells betreten wir eine neue Ära bei der Behandlung der Patientinnen und Patienten“, sagt Dr. Stefan Wesarg, Head of Competence Center Visual Healthcare Technologies am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD und Koordinator von MED²ICIN.

Bislang sind die Diagnose und Therapie von chronischen Erkrankungen wie Multipler Sklerose, Krebs oder Demenz äußerst komplex und kostenintensiv. Ein Grund: Patientendaten wie Anamnesegespräche, MRT-Aufnahmen, Laboruntersuchungen oder Therapieverläufe werden zwar immer besser digital erfasst und vorgehalten, liegen aber unstrukturiert und für die Behandelnden nicht immer greifbar vor. Eine sinnvolle Aufbereitung, Verknüpfung und Visualisierung der Patientendaten und ein direkter Zugriff auf aktuellste Studiendaten oder Leitlinien für die klinische Entscheidungsfindung ist im Klinikalltag während der Patientenvorstellung nicht möglich.

Digitaler Zwilling für eine optimale Patientenversorgung

Das Leitprojekt MED²ICIN verbindet nun all diese Gesundheitsinformationen einer Patientin oder eines Patienten miteinander und gleicht sie mit Parametern aus Populationsstudien und Daten spezifischer Krankheitsbilder wie Diagnostik, Krankheitsverlauf, Medikation oder Therapien anderer Betroffener ab. Unter Berücksichtigung klinischer Leitlinien und gesundheitsökonomischer Aspekte entsteht so ein ganzheitliches, digitales Patientenmodell – ein digitaler Zwilling.

Gearbeitet wird mit dem entwickelten digitalen Abbild bereits am Universitätsklinikum Frankfurt am Main. Hier wird es am Beispiel chronisch entzündlicher Darmerkrankungen (CED) evaluiert und implementiert. Dazu liegen Daten von mehr als 600 Betroffenen mit 170 verschiedenen Parametern vor. Eine Zusammenarbeit wie die mit dem Universitätsklinikum Frankfurt am Main bietet für die Fraunhofer-Institute einen großen Vorteil: „Durch das Feedback von Ärztinnen und Ärzten können wir bereits jetzt gezielt auf die Wünsche und Fragestellungen derjenigen eingehen, die das System später im Einsatz haben werden“, erläutert Wesarg. Ein interdisziplinäres Zusammenspiel erfolge zudem unter den sieben beteiligten Fraunhofer-Instituten. Sie schaffen durch ihre Spezialgebiete einzigartige Voraussetzungen für die Entwicklung eines solchen digitalen Patientenmodells.

Aktuelle Anwender in dieser Projektphase sind Medizinerinnen und Mediziner im Krankenhaus in der Behandlung von zumeist eingewiesenen Erkrankten mit komplexen Krankheitsverläufen. Im späteren Verlauf sind auch niedergelassene Fachärztinnen und Fachärzte eingebunden, aber auch die Patientinnen und Patienten sollen Zugänge erhalten. Gleiches gilt für Forschungsinstitute oder Krankenkassen. Dafür wollen die Fraunhofer-Forschenden die Lösung gemeinsam mit Life-Science-Unternehmen und Technologie-Providern in der Health IT vermarkten.

Besserer Einsatz gesamtgesellschaftlicher Gesundheitsausgaben möglich

„Mit diesem Abbild einer Patientin oder eines Patienten lassen sich jedoch nicht nur enorme Verbesserungspotenziale für die Behandlung von Einzelpersonen erreichen“, sagt Wesarg. Auch ein besserer Einsatz gesamtgesellschaftlicher Gesundheitsausgaben sei so möglich. Ein intelligenter Ressourceneinsatz ist besonders vor der Herausforderung des demografischen Wandels von zentraler Bedeutung. Technologiegetriebene Innovationen wie das Fraunhofer-Leitprojekt MED²ICIN helfen, die stetig steigenden Kosten für eine bestmögliche Behandlung der Betroffenen zu nutzen. Das Leitprojekt geht durch das Zurückgreifen auf einen Datenpool zu ähnlichen Fällen und einer Analyse der Daten dabei weit über bestehende Digitalisierungsprojekte wie zum Beispiel das der elektronischen Patientenakte oder Krankenhausinformationssysteme (KIS) hinaus.

Modulares Dashboard für die Visualisierung der Daten

Aufbereitet und visualisiert werden die Daten bei MED²ICIN in einem modularen Dashboard. Die Oberfläche wurde derart gestaltet, dass sie intuitiv zu bedienen und je nach Nutzendem individuell anpassbar ist. So ist zum Beispiel auch ein 3D-Modell des menschlichen Körpers mit seinem Organsystem integriert. Wobei der Detaillierungsgrad der angezeigten Informationen beim Leitprojekt MED²ICIN noch viel höher ist als 3D-Modelle es ermöglichen. Mit dem Dashboard erhält das medizinische Fachpersonal nun eine umfangreiche, datengestützte Entscheidungshilfe, um die beste Therapie einleiten zu können.

Das Leitprojekt MED²ICIN wird als generisches Modell entwickelt. Es kann für eine Vielzahl von medizinischen Fragestellungen zu unterschiedlichsten Krankheitsbildern – wie die des Herzkreislaufsystems oder der Onkologie – herangezogen werden. Die Entwicklung erfolgt unter strenger Einhaltung der europäischen Datenschutzgrundverordnung. Alle Daten werden pseudonymisiert und lassen keine Rückschlüsse auf einzelne Personen zu. Das Leitprojekt startete im Oktober 2018 und ist auf vier Jahre ausgelegt. Nach den ersten erfolgreichen Tests stehen nun die Weiterentwicklung des digitalen Patientenmodells und die Suche nach IT-Partnern an, die die Lösung für Krankenhäuser implementieren können.

Weiterführende Informationen: https://websites.fraunhofer.de/med2icin

—
Hintergrundinformation / Das Projektkonsortium besteht aus den folgenden Fraunhofer-Instituten:
—

Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD

– Projektleitung
– Schwerpunkte im Projekt: Kohortenanalyse, intelligente Bildauswertung, longitudinale Modellierung

Fraunhofer-Institut für Internationales Management und Wissensökonomie IMW

– Schwerpunkte im Projekt: Gesundheitsökonomie, strategische Rahmenbedingungen, Marktanalyse und Verwertungsstrategie

Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS

– Schwerpunkte im Projekt: Wissensgraphen und Ontologien, Wissensextraktion, longitudinale Modellierung

Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS

– Schwerpunkt im Projekt: Digitales Patientenmodell, zeitliche Modellierung von Krankheitsverläufen, intelligente Datenbasierte Unterstützung von Diagnose- und Therapieentscheidungen

Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

– Schwerpunkte im Projekt: Datenschutz & Datensouveränität, Erklärbarkeit von KI-Verfahren, UX-/IX-Design, leitlinienbasierte Entscheidungsunterstützung

Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS

– Schwerpunkte im Projekt: Analyseverfahren für die digitale Pathologie, Verfahren für die Auswertung von Biosignalen, Expertise bei der Erstellung von Kommunikationsprotokollen

Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP

– Schwerpunkte im Projekt: Medizinische Expertise zur Nutzbarmachung von Daten und Wissen

Über das Fraunhofer IGD:
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
presse@igd.fraunhofer.de
https://www.igd.fraunhofer.de

Offene Plattformen, die Anbieterlösungen einbinden, unterstützen aktives Leben im Alter.

Das EU-Projekt PlatformUptake.eu möchte die Entwicklung und Verbreitung offener Plattformen und ihre Akzeptanz vor allem im Bereich gesundes und aktive Altern in ganz Europa fördern. Das Fraunhofer IGD hat dafür plattformbasierte Lösungen, ihre Ökosysteme und Stakeholder-Netzwerke analysiert und ein Vergleichsportal entwickelt.

Zu jedem Topf gibt es einen passenden Deckel – lautet ein Sprichwort. Und ein bisschen wie Online-Dating fühlt es sich wohl an, wenn Informatikerin Silvia Faquiri versucht, Anbieter technologischer Plattformlösungen mit Betreibern von Pflegeeinrichtungen und Mehrgenerations-Projekten zusammenzubringen. Die Forscherin arbeitet am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in Darmstadt und beschäftigt sich seit Jahren mit der Frage, wie die Vorteile der digitalen Vernetzung ein selbstbestimmtes Leben im Alter unterstützen können. An Ideen und Angeboten für vernetzte Konzepte mangelt es europaweit nicht, und dennoch nimmt das Thema „Internet der Dinge“ im Bereich von Pflegeheimen und betreuten Wohneinrichtungen nur schleppend Fahrt auf. Grund genug für die EU, mit dem Projekt PlatformUptake.eu der Branche auf die Sprünge zu helfen.

Auf der einen Seite gibt es bereits etliche Systeme und Plattformen, um verschiedene Sensoren in die Wohnumgebung zu integrieren, und es gibt auf der anderen Seite auch den Bedarf, diese zu nutzen. Betreiber von Einrichtungen fällt es aber sehr schwer, die für sie richtige offene Plattform zu finden, um die einzelnen technischen Komponenten, beispielsweise Sensoren zur Sturzerkennung oder Abschaltmechanismen am Herd, miteinander zu verbinden und damit gezielt zu steuern. „Diese Lücke wollen wir schließen und die Vorarbeit dafür leisten, dass jede Einrichtung mit der für ihre Bedürfnisse besten Lösung arbeiten kann – zum Wohle der Menschen, die dort leben“, erläutert Projektleiterin Silvia Faquiri das Anliegen von PlatformUptake.eu. Das Fraunhofer IGD ist Technologiepartner in dem EU-Projekt, hat selbst bereits an offenen Plattformlösungen wie universAAL IoT mitgearbeitet und jahrelange Erfahrung bei der europaweiten Pilotierung neuer Entwicklungen.

Zu Beginn des Projekts stand eine ausführliche Bestandsaufnahme der vorhandenen offenen Plattformen am Markt sowie die Entwicklung von Kennzahlen für deren Bewertung auf dem Plan. Gleichzeitig wurden die Bedürfnisse und Erwartungshaltungen der Nutzergruppen an Plattformlösungen im Bereich „Active and Healthy Ageing“ – kurz AHA – in mehreren Workshops erfasst und zusammengetragen. Bei den Gesprächen mit Senioren, Pflegeeinrichtungen, Behörden und Technologieprovidern kam heraus: was genau eine offene Plattform ausmacht und was sie leisten sollte, war nicht allen klar. Also machte sich das Projektteam an eine Definition: „Eine Plattform kann verschiedene Aspekte erfüllen, um als offen zu gelten. Drei von insgesamt neun Aspekten sind, dass die Plattform bzw. ihr Code „open source“ – also frei verfügbar und einsehbar – ist, oder dass sie offene Schnittstellen bietet oder auf offenen Standards basiert. Besonders wichtig ist, dass technische Geräte und Dienste unterschiedlicher Hersteller unterstützt werden, da die Plattform erst dann Anwendungen ermöglicht, die auf die Bedürfnisse verschiedenster Endnutzer zugeschnitten werden können“, erläutert Silvia Faquiri. Ziel sei, dass ein offenes digitales Ökosystem entsteht, das die einzelnen Nutzer mit Gesundheits- oder Sozialfürsorgeangeboten, mit Lifestyle- und Präventionsanwendungen und Heimtechnologie verbindet, um ihr unabhängiges Leben, ihren gesunden Lebensstil und ihre Teilnahme an der Gesellschaft zu unterstützen.

Transparenz und Aufklärung spielen bei dem Thema eine große Rolle, um Bedenken gegenüber den Technologien auszuräumen und Startschwierigkeiten beim Einstieg in eine offene Plattform möglichst gering zu halten. Deshalb stellt die Projektwebsite alle Informationen der vorhandenen Plattformlösungen sowie weitere Erklärungen und Analysen der Forschenden übersichtlich vor. In der Video-Serie „Voices from the Industry“ berichten Vertreter verschiedener Plattformen von ihren Herausforderungen und Lösungen. Doch die Projektpartner sind noch einen Schritt weiter gegangen. „Wir haben ein richtiges Vergleichsportal für offene Plattformlösungen aufgesetzt“, erklärt Silvia Faquiri. „Interessierte können dort ihre Anforderungen an ein System eintragen und bekommen angezeigt, mit welchen Plattformen sie das am besten umsetzen könnten.“ Zu guter Letzt: wer den Schritt in Richtung Technologieplattform erst einmal gewagt hat, wird damit nicht allein gelassen. Eine eigens aufgebaute Lernplattform wird verschiedene Online-Learning-Module anbieten. Vergleichsportal und Lernplattform werden zum Jahresende 2021 online starten.

Anbieter offener Plattformlösungen sind jederzeit herzlich eingeladen, ihre Technologien auf der Plattform vorzustellen. Um außerdem die Sicht von AAL-Anwendungsanbietern mit einzubeziehen, erfasst ein Fragebogen verschiedene wirtschaftliche und funktionale Aspekte – dieser steht online zur Verfügung.

Weiterführende Informationen:

– Mehr über PlatformUptake.eu auf der Website des Fraunhofer IGD: https://www.igd.fraunhofer.de/projekte/bewertung-des-technikstands-und-unterstuetzung-einer-evidenzbasierten-aufnahme-und

– Video-Interview mit Silvia Faquiri über PlatformUptake.eu: https://www.youtube.com/watch?v=e-9eRuyWBZQ

– Online-Fragebogen für Anbieter von AAL-Anwendungen: https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSd4FmaKouyT8WN2tgaaZMCEvqZpOSX0SxfvnXHTW08KHEVymg/viewform

– Offizielle Projektseite der EU: https://www.platformuptake.eu/

Über das Fraunhofer IGD:
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
presse@igd.fraunhofer.de
https://www.igd.fraunhofer.de