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We are pleased to announce our NEW paper in Optical Engineering on Efficient numerical approach for solving the diffusion equation with variable coefficients.

In einem Verbundprojekt haben die Klinik für Zahnärztliche Prothetik des Universitätsklinikums Ulm (UKU) und das Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik (ILM) an der Universität Ulm eine lasergestützte Technologie zur zerstörungsfreien Entfernung kieferorthopädischer Brackets und zahnärztlicher Restaurationen entwickelt.

Ob Zahnkronen, die Brackets festsitzender Zahnspangen oder optische Verblendungen am Zahn, sogenannte Veneers: zahnärztliche Versorgungen aus Keramik kommen bei verschiedenen Behandlungen zum Einsatz. Ist die kieferorthopädische Therapie mit Brackets abgeschlossen, wurde das Veneer in der falschen Position zementiert oder tritt ein Behandlungsbedarf am Zahn unter der Krone auf, müssen die Versorgungen wieder entfernt werden. Nicht immer gelingt das komplikationslos. Bei der Entfernung von Brackets sind Beschädigungen der Zahnoberfläche oder Bracket-​Frakturen möglich. Nach der konventionellen Entfernung von Kronen oder Veneers mit rotierenden Schleifkörpern können diese zudem nicht wiederverwendet werden. Für dieses Problem hat ein interdisziplinäres Team von Uniklinik und Universität über viele Jahre gemeinsam mit dem Institut für Lasertechnologien eine Lösung entwickelt. Mit der lasergestützten ReversFix-​Technologie können kieferorthopädische Brackets und zahnärztliche Restaurationen zerstörungsfrei und schonend entfernt werden. Patient*innen und die behandelnden Ärztinnen und Ärzte profitieren gleichermaßen von der neuen Technik. Laserlicht durchdringt dabei das keramische Bracket oder die keramische Restauration und interagiert mit dem zahnärztlichen Zement. Energieumwandlungsprozesse führen dann zur zerstörungsfreien Ablösung des Brackets oder der Restauration.

Die neue Technologie ist eine echte Erfolgsgeschichte der Ulmer Universitätsmedizin. Die Klinik für Zahnärztliche Prothetik des UKU und das ILM der Uni Ulm haben die ReversFix-​Technik gemeinsam entwickelt – zunächst in-​vitro, also durch wissenschaftliche Versuche im Labor. Bereits in dieser frühen Phase im Jahr 2010 erhielt das ambitionierte Ulmer Projekt eine Auszeichnung. Der Projektantrag wurde im Rahmen des Innovationswettbewerbs zur Förderung der Medizintechnik des Bundesministeriums für Bildung und Forschung zu einem der 15 Gewinnerprojekte aus insgesamt 137 Bewerbungen gekürt. Als Projektleiterin war Dr. Kuhn bereits damals involviert. Dr. Sarah Blender, die im Verlauf die stellvertretende Projektleitung übernommen hat, begleitet das Projekt ebenfalls seit Jahren und hat bereits als wissenschaftliche Hilfskraft während ihres Zahnmedizin-​Studiums an der Umsetzung mitgewirkt. Nach Abschluss der in-​vitro Entwicklung führte die Klinik für Zahnärztliche Prothetik das Projekt in den folgenden Jahren weiter. Das Ziel der Ulmer Zahnmediziner*innen war es, die im Labor erfolgreich entwickelte Technologie erstmals am Menschen anzuwenden. Der Antrag für die dazugehörige klinische Studie nach Medizinproduktegesetz wurde im Jahr 2018 genehmigt. Bis dahin war es ein langer Weg, denn die Antragsstellung an sich ist ein sehr aufwendiger Prozess mit mehrstufigem Genehmigungsverfahren beim Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte. Im Studienzeitraum von 2019 bis 2021 nahmen insgesamt 60 Proband*innen an der Studie teil. Während der Studie entstand auch ein Videobeitrag, der die Ablösung eines Veneers mit der ReversFix-​Technologie an einem Probanden zeigt. Dieser Videobeitrag wurde im Dezember nach Abschluss der Studie im Rahmen des Symposiums 2021 der Arbeitsgemeinschaft für Keramik in der Zahnheilkunde e.V. mit dem 3.Platz des AG-​Keramik Videopreises 2021 ausgezeichnet. Die Laser-​Methode überzeugt in der klinischen Anwendung und durch diese Technologie ist es ein echter Benefit für Patientinnen und Patienten zur schonenden Entfernung ihrer keramischen Versorgungen entsteht.

Das ausgezeichnete Video finden Sie hier. 

Das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau unterstützt mit 250.000 Euro den Aufbau des neuen Forschungsbereiches „In-vitro-Diagnostik“ am Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik an der Universität Ulm (ILM). Das ILM unterstützt mit seinem Forschungs- und Dienstleistungsangebot Unternehmen im Land dabei, wettbewerbsfähig zu bleiben.

Die Zuwendung ermöglicht dem ILM die Beschaffung von Spezialmikroskopen und Messgeräten. Die neuen Geräte werden benötigt, um den Fertigungsprozess der mikrooptischen Bauteile kontrollieren und ein hohes Maß an Fertigungspräzision garantieren zu können. Sie ermöglichen und verbessern anhand der quantitativen Evaluierungsmöglichkeiten sowohl das Optikdesign und die Optikfertigung als auch die hochpräzise Optikmontage. Das Einsatzspektrum dieser phontonischen Mikroskope geht dabei weit über medizinische Anwendungen hinaus. Anwendungsschwerpunkte sollen zunächst bio-medizinische Sensoren und miniaturisierte optische Bauelemente, zum Beispiel für die Messtechnik, sein. Gerade für kleine und mittlere Unternehmen ist dies ein wichtiges Betätigungsfeld.

Ein Forschungsschwerpunkt des ILM ist die Entwicklung schonender und kostengünstiger Diagnose- und Therapieverfahren in der Medizin. Ein weiterer Schwerpunkt, der künftig noch stärker im Mittelpunkt stehen soll, ist der Bereich der optischen Technologien. Das nunmehr anstehende Projekt eines Forschungszentrums für Photonische Mikrosysteme ist für das ILM ein wichtiger Schritt in Richtung „Photonik-Institut für wirtschaftsnahe Forschung“.

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Mit Förderung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat ZEISS in einem Konsortium mit den Partnern BMW, dem Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik (MRM) an der Universität Ulm sowie dem Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik (ILM) als Antwort auf diese Entwicklungen das Konzept eines autonomen Messroboters (AuMeRo) erforscht und entwickelt. Ein voll funktionales Exemplar hat dieses Jahr bereits bewiesen, dass der AuMeRo Aufgaben wie etwa die Inspektion von Spaltmaßen und Bündigkeit an unlackierten oder lackierten Karosserieteilen in vollem Umfang bewältigen kann.

Der AuMeRo ist eine rechteckige Plattform mit Rädern unten und einem Roboterarm mit einem optischen Messsensor oben.Die wesentliche Aufgabe war, auf der Softwareseite die nötige Intelligenz für die autonome Bewegung zum Objekt, dessen Vermessung und die Datenverarbeitung zu erschaffen. Um diese Herausforderung in dem Forschungsprojekt zu meistern, legten die Forschungspartner ihre jeweiligen Kompetenzschwerpunkte zusammen. Das Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik der Uni Ulm hat einen Fokus auf autonomes Fahren in Zusammenarbeit mit mehreren Automobilherstellern. Es erarbeitete und implementierte daher die Navigationslösung für die mobile Messplattform, durch die sie sich autonom zum Zielobjekt bewegen und dabei auch Hindernisse sicher umfahren kann. Das Institut für Lasertechnologien in der Medizin- und Messtechnik hat langjährige Erfahrungen in der optischen Messtechnik. Es erforschte und entwickelte eine Methode zur gleichzeitigen Vermessung von rohen, gefärbten und lackierten Karosserieteilen mit nicht-kooperativen Oberflächen mit demselben Messgerät. ZEISS als Verbundkoordinator war mit ZEISS Industrial Quality Solutions (IQS) und der Konzernforschung mit zwei Fachabteilungen vertreten: ZEISS IQS trug die anwendungsnahe optische Messtechnik bei, während die ZEISS Konzernforschung die Bewegung des Roboterarms, die Objekterkennung und Messposenansteuerung durch optische Bilderkennung in Verbindung mit maschinellem Lernen gewährleistete. Der Applikationspartner BMW als einer der führenden Automobilhersteller gab dem Projekt einen greifbaren Praxiskontext.

Der Anwender wählt via Software ein Objekt, zum Beispiel eine Fahrzeugtür, dessen groben Standort und danach den relevanten Messplan. Ab diesem Punkt agiert AuMeRo voll autonom. Die Objekterkennung erfolgt via Kamera und basiert auf einem digitalen Zwilling des Objekts. Für die eigentliche Messung wird die mobile Plattform mit zusätzlichen optischen Sensoren ausgestattet: Dazu wurde am ILM ein spezielles Messgerät mit Vorteilen für kurze Messzeiten und robuste Umgebungseinflüsse entwickelt, das Mehrwellenlängen-Digitalholografie nutzt. Auf diese Weise können innerhalb eines Schnappschusses topografische Daten einer gesamten Fläche für diffus und/oder spiegelnd reflektierende Oberflächen gewonnen werden. Nachdem die Plattform das Objekt gefunden und angefahren hat, bewegt der Roboterarm den Messkopf gemäß den Erfordernissen aus dem Messprogramm unter Berücksichtigung der aktuellen räumlichen Gegebenheiten. Er kann aber für Hersteller schon jetzt seine Vorzüge voll ausspielen, zum Beispiel bei Produktaudits, in denen derzeit Messung und Dokumentation händisch im Messraum erfolgt. Mit AuMeRo geht das viel effizienter, nämlich automatisiert und reproduzierbar mit konstant hoher Qualität und Aussagekraft der generierten Messergebnisse.

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Am 15. September startet ein vom Land gefördertes Forschungsprojekt in Rahmen des Förderprogramms Invest BW in Kooperation mit der Opsira GmbH in Weingarten.

Digitale optische Zwillinge versprechen in vielen medizinischen und technischen Bereichen kürzere, ressourcenschonendere und optimierte Prozesse für die Entwicklung neuer Diagnosemethoden, Therapien, Verfahren und Geräte. Zur Erstellung digitaler optischer Zwillinge sind deren optische Charakteristika, insbesondere die Streu- und Absorptionseigenschaften, spektral aufgelöst erforderlich. Im beantragten Projekt soll synergetisch die messtechnische Erfahrung der opsira GmbH mit dem theoretischen Know-how des ILM für die Entwicklung eines innovativen Goniometers gebündelt werden. Dieses Messgerät soll erstmals die Bestimmung aller notwendigen optischen Eigenschaften zur Beschreibung der Lichtausbreitung an und in streuenden Medien präzise, schnell und automatisch ermöglichen. Anwendungsbeispiele der dadurch realisierbaren optischen Zwillinge reichen von der Herstellung von Zahnrestaurationen oder Epithesen über das Farbmanagement von Kunststoffen bis zum Vollfarben-3D-Druck und zum autonomen Fahren.

Unsere aktuelle Publikation "Florian Bergmann, Florian Foschum, Leonie Marzel, Alwin Kienle: Ex Vivo Determination of Broadband Absorption and Effective Scattering Coefficients of Porcine Tissue, MDPI Journal Photonics (Vol. 8, No. 9, p. 365)“ wurde für das Titelbild der Septemberausgabe 2021 der Zeitschrift Photonics ausgewählt.

In der wissenschaftlichen Arbeit geht es um die Bestimmung der optischen Eigenschaften von biologischen Medien (u. a. Haut, Muskel, Fettgewebe, Knochen, Knorpel und Gehirn vom Hausschwein) mithilfe der Ulbrichtkugel im Spektralbereich von 400 bis 1400 nm.

Unter der Konsortialführung des FZI Forschungszentrum Informatik haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des FZI gemeinsam mit dem Institut für Lasertechnoloien und drei Partnerinstituten aus der Innovationsallianz Baden-Württemberg (innBW) im Rahmen des Forschungsprojekts Intelligente Diagnostik die Möglichkeiten von bildgebenden Verfahren zur Hautkrebsdiagnostik mittels Künstlicher Intelligenz (KI) erforscht. Nun liegt der Abschlussbericht des Projekts vor. Außerdem wurde ein Video veröffentlicht, das die Ergebnisse veranschaulicht.

Gutartiges Muttermal oder bösartiges Melanom? Diese Frage stellen sich Dermatologinnen und Dermatologen oft bei Untersuchungen. Hautkrebs ist eine sehr häufig auftretende Krebserkrankung, welche insbesondere in den letzten Jahren stark zugenommen hat – das zeigt beispielsweise eine Datenerhebung der KKH Kaufmännische Krankenkasse aus dem Jahr 2016. Aktuell liegt die Sensitivität bei der dermatoskopischen Diagnose bei nur 85 %. Um diese Prognosegenauigkeit von Hautkrebs durch Verfahren zur quantitativen Bilderzeugung und KI-Methoden zu verbessern, haben sich fünf baden-württembergische Forschungsinstitute im Rahmen des Projekts „Intelligente Diagnostik“ zu einem Konsortium zusammengeschlossen. Nach einer Laufzeit von 21 Monaten wurde das Forschungsprojekt erfolgreich abgeschlossen.

Nun liegt der Abschlussbericht des Forschungsprojekts vor. Eine wichtige Erkenntnis der Forscherinnen und Forscher war, dass eine morphologische Veränderung im Hautgewebe dazu führen kann, dass sich die Streueigenschaften des Gewebes verändern, was dann für die Diagnostik herangezogen werden kann. Für die Datengewinnung im Projekt wurde ein klinischer Aufbau konzipiert und entwickelt, der dank multispektraler Beleuchtung und schneller Kameras als Detektoren Bilddaten erfasst, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind. Hierzu projiziert dieser mit neun LEDs im sichtbaren und nah-infraroten Bereich unterschiedliche Beleuchtungsmuster auf die Hautläsion, deren remittiertes Licht mit zwei Kameras erfasst wird. Aus den erfassten Bilddaten werden anschließend eine dreidimensionale Topographie und weitere Parameter wie die Hämoglobinkonzentration berechnet. Außerdem wurde eine weitere Generation des Messsystems entwickelt, welche auf einer mikrooptischen hyperspektralen Detektionseinheit basiert, die es zukünftig ermöglicht, einen deutlich größeren Spektralbereich zu erfassen und auszuwerten.
Zur Gewährleistung eines qualitativ hochwertigen Trainingsdatensatzes wurden Biomarker im Gewebe identifiziert. Diese mess- und bewertbaren biologischen Merkmale zeigen krankhafte Veränderungen auf und ermöglichten den Forschenden die einzelnen Datensätze zuverlässig zu klassifizieren. Zur Verwaltung der Trainingsdaten sowie der KI-Modelle wurde ein Managementsystem entwickelt, das durch eine webbasierte Benutzerschnittstelle diverse Funktionen bietet – beispielsweise lassen sich Datensätze hinzufügen, KI-Modelle trainieren und KI-basierte Diagnoseergebnisse abrufen. Ein FZI-Video zum Forschungsprojekt und dem System stellt das Projekt vor und erläutert den Diagnoseprozess, den Aufbau des Systems sowie die Funktionsweise der prototypischen Aufbauten. 

Über das Projekt

Das im Projekt entwickelte System hat hohes Potenzial, aktuelle Standards der Diagnostik, welche derzeit noch auf reinen RGB-Bildern basieren, hinsichtlich der Diagnosegenauigkeit zu übertreffen. Es hat sich gezeigt, dass eine zuverlässige Klassifikation der einzelnen Datensätze anhand der Biomarker möglich ist. Die im Projekt verwendeten KI-Methoden erlauben im Vergleich zu den bislang gängigen Diagnosemethoden eine nähergehende Bewertung und Klassifizierung der zugrundeliegenden Melanome. 
Das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg hatte das Forschungsprojekt mit einer Fördersumme von 1,7 Millionen Euro unterstützt. Beteiligt waren:

•    FZI –Forschungszentrum Informatik Karlsruhe
•    ILM – Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik an der Universität Ulm
•    Hahn-Schickard-Institut Villingen-Schwenningen
•    Hahn-Schickard-Institut Stuttgart
•    NMI – Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen

Seit Juli 2021 setzen diese Partner mit erneuter Förderung des Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg bereits auf die Projektergebnisse auf: Im Rahmen des Folgeprojekts „Intelligente Diagnostik 2“ soll ein verbessertes und kostengünstigeres Diagnosesystem als Demonstrator entwickelt werden, mit dem langfristig Hautkrebs in Kliniken und Hautpraxen dank KI diagnostiziert werden kann. Neben dem Aufbau eines deutlich größeren Bestands an Trainingsdaten ist zudem die Weiterentwicklung zu einem kompakten, handgeführten System geplant, welches langfristig auch Hausärztinnen und -ärzten ermöglichen soll, das Hautkrebs-Screening sicher durchzuführen. 

Im Juni startete ein spannendes neues Projekt, das das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förderprogramms „Photonik Forschung Deutschland“ fördert.

Im Rahmen der Fördermaßnahme Wissenschaftliche Vorprojekte startet das Projekt PhotoDynaLysis. Unser Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik entwickelt ein Verfahren, das durch den Einsatz einer photochemisch reaktiven Substanz ermöglicht, Zellen einer Probe durch die Applikation von Licht gezielt zu desintegrieren. In einem automatisierten workflow („Lab-on-a-Chip“) ermöglicht dieses Verfahren eine schaltbare Zugänglichkeit intrazellulärer Analyten und damit erstmals eine sichere und präzise Analyse von Merkmalskombinationen.  

Im Erfolgsfall wird es erstmalig möglich sein, zehntausende Zellen einer Probe einzeln zu analysieren und dabei jeder Zelle ihre spezifischen Charakteristika zuzuordnen. Somit können nicht nur auf die gesamte Probe bezogene Diagnosen erfolgen, sondern auch quantitative Aussagen auf Einzelzellniveau. Die photodynamische Lyse könnte zukünftig mit einer Vielzahl sensitiver, digitaler Diagnoseverfahren für DNA und weitere intrazelluläre Analyten kombiniert werden.

Kooperation für sicheres autonomes Fahren: Im Projekt AI-SEE, einem von PENTA EURIPIDES² geförderten Forschungsprojekts ist sicheres Fahren bei schlechten Sichtverhältnissen im Vordergrund. 21 Partner, bestehend aus Weltklasse-Akteuren auf OEM- (Original Equipment Manufacturer) und Zulieferer-Ebene werden über einen Zeitraum von drei Jahren gemeinsam ein neuartiges, robustes Sensorsystem entwickeln, das durch künstliche Intelligenz für schlechte Sichtverhältnisse unterstützt wird. Das Ergebnis wird ein robustes, fehlertolerantes Multi-Sensor-Wahrnehmungssystem. Es wird bei praktisch allen Licht- und Wetterverhältnissen funktionstüchtig sein Das von der Mercedes Benz AG geleitete Projekt startete als virtuelles Treffen am 10. Juni 2021.

Ohne künstliche Intelligenz und ohne nachgewiesene Sicherheit für alle Verkehrsteilnehmer wird die Vision des autonomen Fahrens nicht verwirklicht werden. Automatisierte Fahrzeuge können nur dann marktreif werden, wenn sie unter allen relevanten Bedingungen zuverlässig funktionieren. Dazu gehört ein allwettertaugliches AD-System, das bei allen Wetter- und Lichtverhältnissen wie Schnee, Starkregen oder Nebel eine sichere Fahrt im 24h/365-Tage-Betrieb garantiert. Um dies zu erreichen, wird das Projekt AI-SEE an die Erkenntnisse und Ergebnisse des Vorgängerprojekts DENSE anknüpfen. Dieses EU-geförderte Projekt, das im Februar 2020 endete, entwickelte bereits ein deutlich verbessertes Umwelt Wahrnehmungssystem im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Die AI-SEE-Projektpartner werden es weiter verbessern, um die Sensorleistung unter widrigen Wetterbedingungen realistisch zu simulieren und das System an künstliche Daten anzupassen und zu testen. Die neuartige High Resolution Adaptive all-deep L Sensor Suite wird einen aktiven polarimetrischen Imager mit kongruenten LIDAR-Daten und einem SWIR-LIDAR mit einem neuartigen SPAD (Single Photon Avalanche Diode) Empfängerarchitektur bekommen. Es wird auch ein hochauflösendes 4D MIMO-Radar und eine gated SWIR-Kamera eingebaut. Mit Hilfe der multisensorischen Datenfusion werden die erfassten Sensordaten fusioniert und mit Hilfe von KI-Algorithmen simuliert.

Das Schaufenster erfolgreicher Innovationen und der Informationsplattform für den innovativen Mittelstand. Erleben Sie mit der digital edition am 17. Juni eine Reihe vielfältiger Highlights, die das breite Spektrum der mittelstandsorientierten Innovationsförderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie „Von der Idee zum Markterfolg“ vorstellen.

Wir sind mit unserem Erfolgsprojekt HSI-plus vertreten. Die frühe Erkennung von Melanomen ist ein entscheidender Faktor für die Heilungschancen. Dies soll durch ein neuartiges Messsystem mit Kamera und streifenförmiger Beleuchtung in verschiedenen Farben erzielt werden. Optische Eigenschaften der Haut lassen sich mit hoher Genauigkeit quantifizieren und daraus Änderungen etwa durch entstehende Tumore sehr sensitiv erfassen. Bösartige Tumore können  so rechtzeitig erkannt und entfernt werden.

Erfahren Sie hier mehr.