Forschung in der Medizintechnik
Aktuelle Forschungsprojekte
EasyPROBE: Multimodale, endoskopische, faseroptische Sonden für die klinisch-bildgebende Diagnostik – neue Konzepte und Herstellungstechnologien 
Abb.: Illustration des Einsatzes der multimodalen Endoskopie-Fasersonde zur Anwendung in der medizinischen Diagnostik
Die Unterscheidung zwischen Tumor- und gesundem Gewebe ist mit den derzeitigen Untersuchungsstandards nicht immer eindeutig. Hinzu kommt, dass die präzise Abgrenzung des Tumorrandbereichs besonders herausfordernd ist und Gewebeentnahmen oder mikroskopische Untersuchungen von Biopsien mit stark variablem Zeitaufwand erfordern kann.
Nun soll die gezielte Kombination mehrerer optischer Verfahren die (eindeutige) Diagnostik erheblich erleichtern. Das Projekt zielt auf die Erarbeitung und Erforschung einer neuartigen, multimodalen endoskopischen Sonde ab, welche neben der ortsaufgelösten Bildgebung im sichtbaren Lichtbereich die Möglichkeit zur Gewinnung tiefenaufgelöster Strukturinformationen mittels Optischer Kohärenztomographie (OCT) und metabolischer Informationen mittels Zwei-Photonen-Anregungsmikroskopie (2PEF) bietet.Laufzeit: 01.08.2023 – 31.07.2026 Rolle: Projektkoordination Förderkennzeichen: 13FH578KX1 Projektsumme: 622.500,- €
Factsheet
ProjektwebsiteKontakt
Prof. Dr. Iwan Schie
+49 3641 205 60102.01.02InfectoXplore: Spektroskopische Analyse von Infektionen im Blut Weltweit gehören Infektionskrankheiten zu den häufigsten Todesursachen. Weshalb insbesondere bei septischen und kritisch kranken Patienten eine schnelle und zuverlässige Diagnostik sowie die Bestimmung eines Resistogramms von essentieller Bedeutung ist.
InfectoXplore verfolgt die Erforschung einer schnellen phänotypischen Resistenztestung mittels einer spektroskopischen Diagnostik-Plattform. Das soll eine kostengünstige und schnelle (innerhalb weniger Stunden) Resistenztestung ermöglichen, die sich durch Zuverlässigkeit und Routinetauglichkeit auszeichnet.Laufzeit: 01.09.2020 – 31.08.2025 Rolle: Projektkoordination Förderkennzeichen: 13GW0459E Projektsumme: 330.000,- €
Factsheet
ProjektwebsiteKontakt
Prof. Dr. Iwan Schie
+49 3641 205 60102.01.02INTACT: Erforschung einer intelligenten analytischen Stomapumpe 
Abb.: Schema der intelligenten analytischen Stomapumpe inkl. Anbindung an die Stomata, des Transportmechanismus und der Sensorik mit Bezug zu Gesundheitsdaten (Schema erstellt von Julia Tripke, Sympathiegestalten).
Neu- und Frühgeborene benötigen als Folge einer intestinalen Pathologie nicht selten eine chirurgische Entlastung des Darmes. Es werden zwei Darmenden nach außen verlegt und mit der Haut verbunden (sog. Enterostomata). Die Passage des Darminhalts (Chymus) aus dem zuführenden (oral) in das abführende (aboral) Enterostoma reduziert die Verkümmerung des post-stomatischen Darmes, fördert die Nährstoffresorption, das kindliche Wachstum und vereinfacht die spätere Rückverlagerung. Derzeit wird der Chymus in Stomabeuteln über viele Stunden gesammelt und bestenfalls mit Hilfe einer Spritze – diskontinuierlich und unphysiologisch – überführt.
Das Ziel ist die Erforschung und Entwicklung eines geschlossenen intelligenten Kreislaufs, der sich durch die kontinuierliche Erfassung der Menge bzw. der chemischen Zusammensetzung des Chymus auszeichnet. Dazu ist neben der automatisierten Chymusüberführung mittels eines Pumpensystems eine marker- sowie zerstörungsfreie spektroskopische Echtzeit-Analytik geplant.Laufzeit: 01.01.2023 – 31.12.2024 Rolle: Projektkoordination Förderkennzeichen: P2022-03-038 Projektsumme: 750.000,- €
Factsheet
ProjektwebsiteKontakt
Prof. Dr. Iwan Schie
+49 3641 205 60102.01.02OpenLab for OCT: Aufbau eines Open Lab für Innovationen von Optiktechnologie bis Biomedizin 
Abb.: Ein Blick in den optischen Laboraufbau des OCT-Systems für biomedizinische Anwendungen, entwickelt von Konstantin Gramatte (links) und Calvin Kreft (rechts)
Im Zentrum der Forschung steht die optische Kohärenztomographie (OCT). Das zerstörungsfreie Verfahren zur dreidimensionalen Bildgebung basiert auf Weißlichtinterferometrie und ermöglicht hochauflösende Aufnahmen mit bis zu 1 µm isotroper Auflösung in transparenten und semintransparenten Materialien.
Hierfür stehen im gesamten Wellenlängenbereich, vom UV bis hin zum Infrarot, mit dem „OpenLab for OCT“ neuartige und flexible messtechnische Werkzeuge zur Verfügung, um relevanten Fragen der Biomedizin sowie der zerstörungsfreien Prüfung nachgehen zu können. Gleichzeitig versteht sich das OpenLab als Vernetzungsplattform mit anderen Forschungseinrichtungen sowie der Industrie für einen intensiven inhaltlichen Austausch sowie einen nachhaltigen Forschungstransfer.
Neben Anwendungen der OCT in der medizinischen Bildgebung wie der Histologie sowie Ophthalmologie liegt der Schwerpunkt des OpenLab for OCT in Jena auf der zerstörungsfreien Materialprüfung, insbesondere von Mikrorissen in Gläsern und Keramiken - sogenannter Subsurface Damage (SSD) - in der Optikfertigung.Laufzeit: 01.04.2023 – 31.03.2028 Projektleitung: Prof. Dr. Jens Bliedtner Rolle: Forschungspartner Förderkennzeichen: 2021 FGI 0021 Projektsumme: 577.552,36 €
Factsheet
ProjektwebsiteKontakt
Prof. Dr. Iwan Schie
+49 3641 205 60102.01.02OpenLabKI: Anwendung von KI und erklärbarer KI zur domänenüber-greifenden Verarbeitung von OCT-Bilddaten 
Abb.: Künstliche Intelligenz (KI) ermöglicht eine verbesserte Datenanalyse bei der optischen Kohärenztomographie (OCT). Links: OCT-Aufnahme eines morphologischen Tiefenprofils eines Libellenflügels.
Im Rahmen des Projektes „OpenLab KI - OpenLab für Datenanalyse und angewandte KI“ wird ein domänenübergreifendes Rahmenwerk für die Analyse und Verarbeitung von optischen tomographischen Bilddaten entwickelt, das für die Untersuchung von Materialoberflächen im Bereich der Fertigung und Qualitätssicherung sowie im Bereich der Medizin, z.B. für Untersuchungen von Haut- und Netzhautdaten, eingesetzt werden kann. Mit Hilfe von Methoden für erklärbare KI können Rückschlüsse auf die Ursachen der Klassifikationsleistung der etablierten Neuronalen Netze gewonnen werden.
Somit soll ein Beitrag für eine interdisziplinäre Lehre in Datenkompetenzen in nahezu allen Fachbereichen der Ernst-Abbe-Hochschule Jena geschaffen werden.Laufzeit: 01.09.2022 – 31.08.2025 Rolle: Projektkoordination Förderkennzeichen: 16DKWN111 Projektsumme: 799.558,- €
Factsheet
ProjektwebsiteKontakt
Prof. Dr. Iwan Schie
+49 3641 205 60102.01.02OptoCarDi: Erforschung und Translation eines multimodalen optischen Katheters für kardiovaskuläre Diagnostik 
Abb.: Illustration des multimodalen Sondenkopfes. Hier beispielhaft dargestellt: Ein Gewebescan mit Hilfe des Verfahrens der optischen Kohärenztomografie.
Die Myokarditis ist eine entzündliche Erkrankung des Herzmuskels mit vielfältigen infektiösen und nichtinfektiösen Ursachen. Der Goldstandard zur Diagnostik von Myokarditiden ist die Endomyokardbiopsie, die mit vielen Komplikationen und geringer Sensitivität einhergeht. Im Projekt wird ein multimodal-bildgebender Katheter zur marker- und zerstörungsfreien Diagnostik strukturell morphologischer Veränderungen des Myokards inkl. Myokarditis entwickelt, um Biopsien zu reduzieren und die Entnahmestelle spezifischer zu definieren.
Die entstehende multimodale Sonden-basierte Plattform soll optische und spektroskopische Verfahren, d.h. optische Kohärenztomographie, UV-angeregte Autofluoreszenz und Nahinfrarot-Spektroskopie, für eine verbesserte Diagnostik der Myokarditis kombinieren.Laufzeit: 01.06.2023 – 31.05.2026 Rolle: Projektkoordination Förderkennzeichen: P2022-07-003 Projektsumme: 1.000.000,- €
Factsheet
ProjektwebsiteKontakt
Prof. Dr. Iwan Schie
+49 3641 205 60102.01.02TOOLS: Maßgeschneiderte Optik für ingenieurtechnische Lösungen in den Biowissenschaften
(„Tailored Optics for Life Sciences Engineering“)
Abb.: Im Rahmen des Projekts wird maßgeschneiderte Optik für ingenieurtechnische Lösungen in den Biowissenschaften („Tailored Optics for Life Sciences Engineering“) erforscht.
Um die Lücke zwischen Grundlagenforschung und anwendungsorientierter Forschung zur Lösung medizinischer Fragestellungen zu schließen, strebt das Projekt als Teil des Programms „Forschungsimpulse“ für Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) nach der Förderung erkenntnisorientierter Forschung. Dieses Ziel verfolgt eine interdisziplinäre Forschungskooperation, bestehend aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der EAH Jena und des Universitätsklinikums Jena (UKJ), in den Bereichen Optik, Photonik, Biomedizintechnik und klinische Forschung mit dem Fokus auf der Grundlagenforschung optischer Technologien sowie biophotonischer Verfahren.
Durch die Anwendung jener Erkenntnisse im klinischen Kontext soll das Verständnis biomedizinischer Prozesse verbessert werden. Konkrete Forschungsschwerpunkte umfassen hierbei makro- und mikrooptische Komponenten, die Detektion von Bio-Nanopartikeln sowie die endoskopische Diagnostik von Mittelohrentzündungen.
Geleitet wird das Unterfangen von Prof. Dr. Robert Brunner, Prof. Dr. Jens Bliedtner, Prof. Dr. Maria Dienerowitz, Prof. Dr. Iwan Schie (alle EAH Jena) und Prof. Dr. Orlando Guntinas-Lichius (UKJ).Laufzeit: 01.04.2024 – 01.04.2029 Projektleitung: Prof. Dr. Robert Brunner Rolle: Forschungspartner Projektsumme: 5.000.000,- € Kontakt
Prof. Dr. Iwan Schie
+49 3641 205 60102.01.02ZAKI@EAH: Zentrum für Angewandte Künstliche Intelligenz 
Abb.: Bildgebende Bestimmung der Sauerstoffsättigung auf Grundlage der spektralen Eigenschaften des Hämoglobins
Im Fokus des Vorhabens steht die Unterstützung von interdisziplinären anwendungsorientierten KI-Projekten mit dem Ziel, die bisherigen Stärken in Forschung und Lehre in einem der gesellschaftlich und wirtschaftlich bedeutendsten Themengebiete adäquat fortzuschreiben, weiter auszubauen und anwendungsnahe Lösungen für KI-bezogene Fragestellungen aus unterschiedlichen Bereichen der Region zu finden.
Dazu wird an interdisziplinären KI-Projekten geforscht, z. B. an intraoperativer Perfusionsbildgebung in der Medizintechnik, Erkennung muskuloskeletaler Erkrankungen und der Optimierung von Produktionsprozessen in der optischen und Glas verarbeitenden Industrie. Zudem bieten sog. Transferpromotionen Nachwuchswissenschaftlern die Möglichkeit, anwendungsorientierte Forschung in Kooperation mit Unternehmen durchzuführen.
Im Speziellen befasst sich die AG Schie des Fachbereichs Medizintechnik unter anderem mit der Weiterentwicklung bestehender Systeme vorangegangener Projekte. Mit Hilfe hyperspektraler Messungen in Kombination mit KI soll die präzisere Analyse sowie Charakterisierung der Hautzustände durch die Einwirkungen von UV-Licht ermöglicht werden. Die Einbindung der HoloLens dient im Weiteren der Mixed-Reality-Visualisierung der gewonnenen Diagnosedaten, d. h. der Überlagerung von Projektionen im dreidimensionalen Raum mit der Realität.Laufzeit: 01.04.2023 – 31.03.2028 Projektleitung: Prof. Dr. Kristin Mitte Rolle: Forschungspartner Projektsumme: 2.700.000,- €
ProjektwebsiteKontakt
Prof. Dr. Iwan Schie
+49 3641 205 60102.01.02
Abgeschlossene Forschungsprojekte
Computergestützte Modellierung von belohnungsbasierten Lern- und Entscheidungsprozessen Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften Leipzig und dem Universitätsklinikum Leipzig
Kontakt
Prof. Dr. habil. Jane Neumann
+49 3641 205 60103.01.21Entwicklung eines kostengünstigen und bildgebenden OCT-Systems (Optische Kohärenztomographie) für Lehre und Forschung 
Die Optische Kohärenztomografie (engl.: optical coherence tomography (OCT)) ist ein bildgebendes Verfahren für die Erzeugung von zwei- und dreidimensionalen Aufnahmen von Tiefenprofilen in organischen und nicht-organischen Medien, ähnlich der Ultraschallbildgebung. Aufgrund der hohen axialen Auflösung von etwa 0,5 μm bis 15 μm und einer gleichzeitig relativ hohen Eindringtiefe von 1–3 mm, in Abhängigkeit der verwendeten Wellenlänge, bietet diese Methode vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, unteranderem in der Medizin und der Werkstoffanalyse. Besonders die Augenheilkunde profitiert durch die hochaufgelöste Bildgebung, beispielsweise bei der Untersuchung des vorderen und hinteren Augenabschnitts, von den technologischen Fortschritten der OCT.
Das Projekt umfasst die Entwicklung und Aufbau eins OCT-Systems, der die Umsetzung des bildgebenden Verfahrens den Studierenden anschaulich und praktisch erläutert und eine „Hand-on Experience“ mit diesem Verfahren ermöglicht. Durch diese praktische Umsetzung eröffnen sich zahlreiche Möglichkeiten in der Lehre für eine praxisorientierte Hochschule. Darunter zählt die Erstellung zahlreicher Praktika rund um dieses Thema zur Vertiefung von Grundlagen dieses bildgebenden Verfahrens in der Medizin und Werkstoffanalyse.Kontakt
Prof. Dr. Iwan Schie
+49 3641 205 60102.01.02MultiFib Multimodal fibre optic probe for highly resolved in vivo localization of cardiac fibre
Finanzierung: ERA-CVD, BMBF -> FKZ: 01KL1904
Rolle: Projektkoordinator
Laufzeit: 01.04.2019 – 31.03.2022Kontakt
Prof. Dr. Iwan Schie
+49 3641 205 60102.01.02
Forschungsinteressen
Analyse funktioneller Hirnnetzwerke auf Basis bildgebender Verfahren Kontakt
Prof. Dr. habil. Jane Neumann
+49 3641 205 60103.01.21Audiologische Verfahren Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Lutz Herrmann
+49 3641 205 60103.01.38Bildgebende und Spektral-Datenanalyse Biophotonische Anwendungen z. B. Zell- und Gewebecharakterisierung Geräteentwicklung und klinische Translation Modellbasiere Analyse funktioneller Bildgebungsdaten Kontakt
Prof. Dr. habil. Jane Neumann
+49 3641 205 60103.01.21Multimodale optische Instrumentierung, z. B. Raman Spektrokopie, Nicht-lineare Mikroskopie, OCT, FLIM, etc. Störsignalunterdrückung mittels adaptiver Algorithmen in MATLAB und der Erfassung von geeigneten Referenzsignalen Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Sebastian König
+49 3641 205 60101.01.08Untersuchung und Lösung unterschiedlicher messtechnischer Fragestellungen aus Technik und Medizintechnik Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Sebastian König
+49 3641 205 60101.01.08Vestibularisdiagnostik Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Lutz Herrmann
+49 3641 205 60103.01.38