Ziel der Entwicklung

Logo: Echtzeit-3D-Aufnahme von 2 Seiten mit dem BODYNAMO-Verfahren
Echtzeit-3D-Aufnahme von 2 Seiten mit dem BODYNAMO-Verfahren

3D-Technologien werden zumindest bis 2020 immer neue Prozesse mit einer ansehnlichen prognostizierten Wachstumsrate von 3,3 Prozent durchdringen, bildgebende 3D-Verfahren verändern nachhaltig Diagnostik und Operationsverfahren in der Medizin.
"Von 3D zu 4D" heißt dabei für einige Bereiche der nächste Schritt, gleichzeitig ist dies eine passende Beschreibung der Projektidee von "BODYNAMO": Hier wurde ein neues Mess- und Analyseverfahren für die kombinierte digitale Echtzeiterfassung globaler Bewegungen und lokalflächiger Deformationen (4D => 3D + Zeit) entwickelt, bei dem es um die ausreichend dichte, schnelle und markerlose lokale 3D-Deformationsmessung geht.
Diese Deformationserfassung soll auch in einem Gesamtmessraum und in Kombination mit kommerziellen Motion-Tracking-Systemen funktionieren, sodass lokale Deformationen in Verbindung mit globalen Bewegungen untersucht und dokumentiert werden können.
Gegenstand der Entwicklung waren darüber hinaus die Effektivierung der Auswertung der anfallenden sehr großen Datenmengen und entsprechend dynamisierte virtuelle Objektmodelle. Ein wesentliches Zielkriterium der Entwicklung war die Realisierung der Möglichkeit einer kaskadierten Erfassung mit mehreren Sensoren aus mehreren Richtungen.
Als Messobjekt ist dabei vor allem an den menschlichen Körper gedacht: Hauptanwendungsfelder der angestrebten Ziellösung(en) liegen in den Bereichen Medizin, Orthopädie, Rehabilitation, Sport und Fitness. Als erste konkrete Applikation des neuen Verfahrens sind Messsysteme zur dynamischen Analyse, Diagnose und Therapie-Fortschrittskontrolle für Pathologien des Stütz- und Bewegungsapparates mit dem Schwerpunkt Rücken/Wirbelsäule sowie Kniebewegungen und -Kinematik vorgesehen. Als ein sekundäres Applikationsfeld werden auch die Bereiche der virtuellen, medialen Darstellung und der dynamische Modellierung (Mimik und Gesten) gesehen.

Vorteile und Lösungen

Mit der entwickelten Lösung wird es Anwendern ermöglicht, komplexere dreidimensionale Verformungs- und Bewegungsprozesse in Echtzeit und mit einer höheren Auflösung zu untersuchen, zu analysieren und zu dokumentieren, als dies mit verfügbaren optischen Systemen gegenwärtig möglich ist.
Vor allem ist es nicht erforderlich, Marken an der untersuchten Oberfläche anzubringen und es kann von mehreren Seiten gleichzeitig gemessen werden, ohne dass sich die Systeme signifikant gegenseitig beeinflussen oder stören.
Für echte Deformations-Messaufgaben werden entscheidende Anwendervorteile und Alleinstellungsmerkmale des entwickelten Verfahrens gesehen, die vor allem aus folgenden Eigenschaften der Lösung resultieren:
- Höhere 3D-Punktauflösung der Messobjekte in der Einzelaufnahme ist erreichbar, damit werden echte bzw. bessere Flächen-Deformationsmessungen ermöglicht.
- Entscheidend ist, dass die entwickelte eigene Lösung praktisch keine Limitierung bezüglich überlappender Messbereiche und damit für die Kombination bzw. Kaskadierung mehrerer Sensoren oder für die Rundumerfassung aufweist.
- Anbieter der Systeme sind in der Lage, die Mess-Systeme anwendungsspezifisch hinsichtlich Messraum, Messabstand, Sensorkaskadierung frei zu projektieren und umzusetzen (Parameter, die bei anderen Lösungen (wie auch beispielsweise Kinect) vorgegeben sind.

Zielgruppe und Zielmarkt

Nach eigenen Recherchen verfügt keines der Bewegungs-Maßsysteme in den medizinisch-biomechanischen Anwendungen, die als Wettbewerb in Betracht kommen, bisher über eine vergleichbare Deformations-Messoption. Die gegenwärtig als technische Alternative verfügbaren, beziehungsweise in Entwicklung befindlichen Systemklassen mit Kinect- und ToF-Sensoren sind bezüglich Genauigkeit und/oder Auflösung nicht mit den eigenen Ergebnissen vergleichbar. Insofern bestehen bei entsprechend ausgerichteter Transfer- und Marketingstrategie gute Voraussetzungen für den wirtschaftlichen Erfolg.
Das Überführungskonzept in marktfähige Produkte sieht vor, Prototypen und Einzelgeräte in der GFaI zu bauen und vorzustellen, eine Serienfertigung soll an Partnerfirmen ausgelagert werden. Die GFaI strebt an, wirtschaftliche Ergebnisse vor allem über die Lizensierung und Pflege der Software zu erreichen.
Es wurde bereits damit begonnen, die im Fokus der Verwertung der Forschungsergebnisse des Vorhabens medizinisch-orthopädischen Anwendungsfelder auch weiter im Rahmen der FuE-Tätigkeit zu bearbeiten. So konnte im letzten Jahr zur Bearbeitung des BODYNAMO-Projektes eine Forschungskooperation der Industriellen Gemeinschaftsforschung mit zwei Instituten aus Hannover unter Beteiligung einer Reihe von Medizintechnikfirmen initialisiert werden, welche sich unter anderem mit dem Einsatz von Bewegungsmesssystemen in der praktischen Chirurgie beschäftigt. Basierend auf den Ergebnissen des BODYNAMO-Projekts wird der Einsatz eines auf ähnlichen Messprinzipien beruhenden Verfahrens zur Substitution von markerbasierten Systemen, die gegenwärtig zur Ermittlung der individuellen Kniegelenkskinematik im OP-Saal eingesetzt werden, untersucht. Im Fall des Nachweises der Nutzbarkeit der Technik für diese Anwendung kann ein Multiplikationseffekt für die Einsatz- und Absatzperspektiven der entwickelten Lösung, beziehungsweise der Ergebnisse des Vorhabens erreicht werden.
Darüber hinaus ist ein weiteres FuE-Kooperationsprojekt unter Einbindung von Orthopädie- Spezialisten und mittelständischen Unternehmen aus dem Bereich der optischen Messtechnik geplant, bei dem die Modellierung und messwertabhängige Modifikation eines virtuellen Wirbelsäulenmodells im Fokus steht. Mit dieser Entwicklung sollen die kontinuierliche Weiterentwicklung des erarbeiteten Know-hows gesichert sowie die Perspektiven der Anwendung der erarbeiteten Forschungsergebnisse und die Vermarktungsaussichten in der Medizin wesentlich erweitert werden.