Projektdaten

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Intelligente Design-Assistenz für individualisierte medizinische Operationen mit Concentric Tube Continuum Robots: Teil II

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Die Kontinuumsrobotik gewinnt inzwischen zunehmend Aufmerksamkeit von Seiten der Medizin, insbesondere für minimal-invasive An-wendungen. Die stereotaktische Neurochirurgie für operative Eingriffe im Gehirn ist dafür ein Beispiel. Aufgrund der Komplexität und Vielfalt im Entwurf der chirurgischen Instrumente, hier der Kanülen, der chirurgischen Anwendungsszenarien und der geforderten hohen Präzision der Eingriffe erweisen sich KI-basierte Entwurfsassistenten als zielführend in der ersten Förderperiode des DFG-SPP 2353 wurden Mets-Heuristiken aus der Mehrzieloptimierung und Lernverfahren für den kombinierten Instrumentenentwurf und das Steuerungsproblem erforscht. Darüber hinaus wurden Lernverfahren für das physik-inspirierte Lernen mit experimentellen Daten und Expertinnenwissen zur präzisen Verhaltensabbildung und Klassifikation der Instrumente zum Einsatz untersucht und eingesetzt. Der zweite Abschnitt befasst sich mit der Instrumentierung eines Konfinuumsroboters mit Sensorik und Regelungsalgorithmen. Zur Erreichung der Präzision der Bahn- und Zielpunkt-führung sind experimentell datengetriebene Lernverfahren für die Bewegungsführung und Regelungen zu untersuchen. In Betracht kommen modellprädiktive Verfahren und Reinforcement-Lernverfahren. Der abschließende Abschnitt des Forschungsvorhabens widmet sich der Entwicklung und der experimentellen Validierung eines ganzheitlichen KI-basierten Entwurfsassistenten. Die bisher erforschten und entwickelten Methoden/Verfahren und Module werden nun zusammengeführt. In dieser Forschungsphase werden Chirurg*innen mit in die Entwicklung eingebunden, indem die chirurgischen Verfahren und Prozessabläufe wie auch die Bewertungskriterien und die Entscheidungs-findung über abgestufte Pareto-Fronten und deren Visualisierung einbezogen werden. Die Testung, Kalibrierung und die Validierung des KI-basierten Entwurfsassistenten ist dann der abschließende Schritt gemeinsam getragen von Ingenieurinnen und Chirurg*innen.