AI in der Medizin: Gestatten – Dr. med. Bot, Ihr künstlicher Arzt

25.07.2018

kuenstliche Intelligenz in der medizintechnikDas Verhältnis zwischen Patient und dem behandelnden Arzt war schon immer eines, welches ein hohes Maß an Vertrauen voraussetzt. Und Vertrauen ist nun mal so eine Sache, denn dafür müssen viele Faktoren einfach stimmen. Ist mir der oder die Mediziner/in sympathisch? Wie geht er oder sie mit den anderen Patienten um? Wie ist es um das Fachwissen und die Kompetenz bestellt? Zumindest was den letzten Punkt angeht, gibt es bereits heute einige neue „Mitspieler“, die in der Medizin mitmischen und sogar ziemlich auftrumpfen können: Roboter und künstliche Intelligenzen. Sind sie die Zukunft im Umgang mit Patienten?


Dr. med BOT: Fehlerfrei und komfortabel - aber nicht emphatisch

Ein Termin beim Hausarzt oder in besonderen Fällen beim Spezialisten, vielleicht sogar im Krankenhaus, gehört zum Alltag. Ähnlich dem regelmäßigen Gang zum Supermarkt, spielt hierbei ebenfalls oft unbewusst das Zwischenmenschliche eine große Rolle, denn ist der Patient zufrieden, kommt er auch wieder. Wichtig für die Kunden-, beziehungsweise Patientenzufriedenheit, sind Faktoren wie beispielsweise Sympathie und Empathie des Arztes sowie seine fachliche Kompetenz. Im Grunde also alles menschliche Emotionen, die beim ersten Eindruck aufkommen. Was aber, wenn künftig gar kein Arzt im klassischen Stil die Behandlung durchführt?


Ein Schritt in diese Richtung ging der Patient bereits vor einigen Jahren, indem er seine Symptome bei „Doktor Google“ eingab und anfing, erste Selbstdiagnosen zu stellen. Oftmals endete ein Blick in die Suchmaschine allerdings damit, dass der Nutzer noch verängstigter war als zuvor. Die Kompetenz der Stichwortsuche in allen Ehren, doch nicht selten kamen Diagnosen wie Krebs oder andere schwere Erkrankungen dabei heraus.


Mittlerweile sind die Suchergebnisse deutlich genauer. Das hat sowohl Google als auch die Medizin dem Einsatz von Algorithmen und seit wenigen Jahren auch künstlichen Intelligenzen (KIs) zu verdanken. Die logische Schlussfolgerung: KIs finden immer häufiger Einzug in medizinische Einrichtungen.



KI: Hand in Hand mit den digitalen, medizinischen Helfern

Kein Mensch gleicht dem anderen. Aus diesem Grund fallen vor allem in der Medizin enorme Datenmengen an, die es auszuwerten gilt. Für den Menschen ist das mittlerweile ein kaum allein zu stemmendes Unterfangen. Computer und Software helfen schon seit Jahren dabei, die Daten überschaubar zu halten, an einem Ort zu speichern und bei Bedarf in Sekundenschnelle abzurufen. Im Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung (IGD) setzen Forscher seit geraumer Zeit auf intelligente Systeme und Machine Learning. Diese analysieren und bewerten Vital- sowie Gesundheitsdaten, sowie auch krankheitsbezogene Patientenakten und entwickeln passgenaue Technologien entlang der Behandlungskette. Für den Patienten bedeutet das eine exakt zugeschnittene Behandlung ohne lange Wartezeiten, da der Arzt nicht langwierig die Symptome überprüfen und Krankheiten mit ähnlichem Verlauf ausschließen muss. 


Auf der diesjährigen CeBit hat das IGD einen Einblick über die Zukunft der medizinischen Behandlungen gegeben, welche eine Symbiose aus Mensch und Maschine darstellt. So soll bereits eine KI von Beginn an bei der Diagnose helfen. Hierfür werden die Ursachen der Beschwerden ermittelt, diagnostiziert und ausgewertet. Gestalt, Lage und Struktur von Körperteilen und Organen, aber auch Gewebe und Zelldaten werden aus medizinischen Bilddaten erkannt und markiert. Liegen diese beispielsweise als MRT- oder CT-Scan vor, können die entwickelten Machine-Learning-Verfahren die Ergebnisse ihrer Analyse anschaulich darstellen und dem behandelten Arzt zur Verfügung stellen.


Sobald dies erledigt ist, vergleicht der Arzt die gesammelten Daten mit denen anderer Patienten. Um größere Datenmengen zu vergleichen, können Kohorten gebildet werden, um Menschen mit ähnlichen Symptomen aufzuzeigen. Künstliche Intelligenzen helfen hierbei, die benötigten Parameter zu verfeinern und  unwichtige Informationen herauszufiltern. Der behandelnde Mediziner erhält nach kürzester Zeit die Erkenntnisse, die ihm dabei helfen, eine effektive Behandlung durchzuführen.


Kommt es zu einer Operation, kann der Chirurg während des Eingriffs mit Hilfe von Smart Glasses und Augmented Reality (AR) die Patientendaten jederzeit abrufen, oder sich aktiv unterstützen lassen. Da oftmals bei einer OP die Lage von Blutgefäßen oder Organen nur geschätzt werden kann, liefern durch visuelle Markierungen, beispielsweise durch Einblenden des Organs auf die Brille - eine unschätzbare Hilfe.


Ist der Eingriff geglückt, endet die ärztliche Fürsorge bekanntlich noch lange nicht. Die Vitalfunktionen, beispielsweise Herz- und Atemfrequenz, Puls sowie Blutdruck der Patienten werden kontinuierlich von Sensoren analysiert und melden den Status Quo regelmäßig an das Pflegepersonal weiter. Treten Anomalien, wie zum Beispiel Schlaf-Apnoen oder eine Bewusstlosigkeit auf, kann umgehend eingegriffen werden.


Inzwischen ist das Fraunhofer IGD technisch so gut aufgestellt, dass der Patient theoretisch nicht einmal mehr im Krankenhaus sein muss, um seine Vitalfunktionen überwachen zu lassen, sondern auch eine durch Daten unterstützte Betreuung zu Hause stattfinden kann.



Künstliche Intelligenz in der Medizintechnik: Die Symbiose aus Robotik und KI

Roboterarme sind in der fertigenden Industrie schon seit langem Alltag. Allerdings gilt es dort auch nur stets die gleichen Arbeitsabläufe zu wiederholen. Die Frage, ob man einen solchen Roboterarm für medizinische Untersuchungen oder Pflegetätigkeiten an den eigenen Körper heranlassen würde, beantwortet sich theoretisch schon bevor man sie zu Ende gestellt hat.


Und doch erwartete Besucher der Technischen Universität München (TUM) auf dem diesjährigen Hauptstadtkongress genau ein solcher Arm. Auch der niedlich klingende Name „Panda“ konnte ein erstes Stirnrunzeln nicht verhindern, denn für den Laien war es noch nicht einmal ein kompletter Roboter, sondern eben nur ein einzelnes Teil.


Für offene Münder sorgte „Panda“ dann allerdings, als er einem Modellkopf eine nahezu perfekte Rasur verpasste, denn hinter dem unscheinbar wirkenden Roboterarm verbirgt sich zum jetzigen Zeitpunkt bahnbrechende Technik. „Panda“ kann nicht nur Gegenstände greifen und benutzen, sondern mit Hilfe von Hochleistungssensoren auch fühlen und neue Bewegungsabläufe erlernen. Eine Symbiose aus Robotik und künstlicher Intelligenz, die vor allem im Pflegebereich zum Einsatz kommen könnte, denn in diesem Bereich fällt der Fachkräftemangel besonders gravierend aus.


Das Robotergliedmaß soll dabei laut TUM aber keine Prototypen-Spielerei bleiben, sondern ist bereits auf dem freien Markt erhältlich, zu einem Preis von gerade einmal rund 10.000 Euro.


Darüber hinaus ist „Panda“erst der Anfang. An der TUM und der Munich School of Robotics and Machine Intelligence (MSRM) wird bereits an einer weiteren Verbindung aus Robotik und KI geforscht. Diese Roboter sollen ältere Menschen dabei unterstützen, so lange wie möglich im eigenen Haus leben zu können. Zwar gehören die Körperpflege und der Haushalt mit zu den Aufgabengebieten, sind aber offenbar noch lange nicht die Leistungsgrenze. Über einen Monitor und ein Kamerasystem im „Kopf“ sind die Roboter sowohl Schnittstellenach nach außen, als auch der verlängerte Arm des Arztes, welcher den Patienten aus der Ferne behandeln kann. Aber auch ohne den per Cam zugeschalteten Mediziner, sollen die Roboter in der Lage sein, Therapien zu überwachen, sowie Ultraschall- und EKG-Untersuchungen vorzunehmen.



Die Zukunft der KI in der Medizin: Chefarzt Doktor Robot

Während hierzulande die Robotik in Verbindung mit künstlicher Intelligenz, nur in Teilen zum Einsatz kommt und die Forschung an einem voll funktionsfähigen Roboter noch lange nicht abgeschlossen ist, feiert man in Asien schon deutlich größere Erfolge. In China laufen die Entwicklungen von künstlichen Intelligenzen und Robotern, die den Alltag erleichtern sollen, schon seit Längerem auf Hochtouren. Ein Ergebnis dieser Anstrengungen ist der „kleine DoktorXiaoyi.


Ein Roboter, der von einer KI gesteuert wird, die mit rund einer Million medizinischen Bildern, 53 medizinischen Büchern, zwei Millionen medizinischer Akten und 400.000 medizinischen Fachartikeln sowie Berichten gefüttert wurde. Diese Kombination sorgte im letzten Jahr für Schlagzeilen, als Xiaoyi das chinesische Staatsexamen für Medizin mit Bravour bestand und approbierte – ein richtiger Robo-Doc! Die Prüfung legte er mit weit überdurchschnittlichen Leistungen ab und erreichte 456 von 600 Punkten - 96 Punkte mehr, als für das Bestehen nötig waren.


Bislang kann Xiaoyi automatisch Patientendaten einlesen und analysieren, sowie eine Erstdiagnose stellen. Künftig soll laut den Entwicklern noch mehr möglich sein, wenn er in der Praxis eingesetzt wird. Er soll menschliche Ärzte allerdings nicht ersetzen, sondern sie bei der Diagnostik unterstützen. Vor allem deswegen, weil er sein Wissen in unvorhersehbaren Situationen nicht flexibel einsetzen könne, heißt es.


Im März diesen Jahres, sollte eigentlich die Markteinführung des Roboters stattfinden, allerdings sind Informationen zu einem Preis oder einem tatsächlichen Release nicht bekannt.



KI in der Medizn - Ein attraktiver Markt für Google&Co 

Einen weiteren Sieg für die KIs in der Medizin feiert man auf dem Feld der Dermatologie. Wissenschaftler der Uni Heidelberg haben es geschafft, ein auf einer KI basierendes Bilderkennungsverfahren zu programmieren. Basis ist ein öffentlich zugänglicher Algorithmus von Google, der auf neuronalen Netzen beruht und somit, ähnlich dem menschlichen Hirn, aus Erfahrungen lernen kann. Dieser wurde in Zusammenarbeit mit einigen Dermatologen „trainiert“, um zwischen gut- und bösartigen Hautverfärbungen zu unterscheiden. Das funktionierte, indem die KI rund 100.000 Bilder von diversen Melanomen und der entsprechenden Diagnose vorgesetzt wurden.


Im nächsten Schritt kontaktierten die Dermatologen mehr als 180 Kollegen einer internationalen Fachgemeinschaft und baten sie, gegen die KI anzutreten. Etwa 60 der angeschriebenen Mitglieder stellten sich der Herausforderung und beantworteten die gestellten Aufgaben. Es galt, etwa 100 unterschiedliche Hautmale – allesamt Proben der Universitäts-Hautklinik Heidelberg – als gutartig oder bösartig einzustufen. Das Ergebnis fiel für die Dermatologen fast schon vernichtend aus: Die KI lag deutlich häufiger richtig, als die Fachmänner und -frauen. Allerdings stieg mit der Erfahrung der Hautärzte auch die Zahl der richtig gedeuteten Proben. Dennoch schafften es von den insgesamt 58 Teilnehmern gerade einmal 13, die Bilder genau so oft oder häufiger richtig zu beantworten, als die künstliche Intelligenz.


Solche lernfähigen Programme sind zwar eine deutliche Erleichterung und Verstärkung für die Medizin, die Frage, ob sie ein Ersatz für Dermatologen sein könnten, wiegt man aber mit Humor ab: „Hilfreich sind solche diagnostischen Hilfsmittel nur für sehr spezifische Fragestellungen, also etwa ob ein dunkler Hautfleck bedenklich ist oder nicht. Zeige man dem Computer einen Kaffeefleck auf einer hellen Hose, käme er vermutlich bereits ins Schleudern und könnte einen Hautkrebs diagnostizieren.




Der bessere Arzt ist der Mensch – noch

Bei einer OP assistierende Roboter und Datenbrillen, die Erfassung von Vitaldaten, automatisiert analysierte Blut- und Gewebeproben in Labors – ohne künstliche Intelligenz sind die anfallenden Datenmengen in der Medizin schon heute kaum noch durch den Menschen allein zu stemmen. Big Data lautet das Stichwort. Bei der Verarbeitung all dieser Informationen, leistet der Computer wichtige Dienste, die sich aber nicht nur auf die Verarbeitung beziehen, sondern auch auf das Erfassen von Symptomen und Erstellen von Erstdiagnosen. Ein großer Vorteil dabei ist der geringe Zeitanspruch. Selbstlernende KIs sind nochleistungsfähiger und werden inzwischen sogar zur Früherkennung von Tumoren eingesetzt und benötigen dafür nicht annähernd so viel Zeit, wie es ein Mensch täte. Man könnte also mit Fug und Recht behaupten, dass im Hintergrund ein maschinelles Superhirn arbeitet, welches im Gegensatz zu einem menschlichen auch niemals vergisst.


Auch wenn Xiaoyi in China bereits approbiert hat, müssen zumindest hier in Deutschland einige Tätigkeiten zwingend von einem menschlichen Arzt durchgeführt werden. Hier soll als Beispiel der Grundsatz der persönlichen Leistungserbringung erwähnt werden, der vor allem durch einen persönlichen Arzt-Patienten-Kontakt geprägt ist. Einerseits kann der Arzt natürlich Aufgaben delegieren, immerhin übernehmen Blutdruckmessungen oder die Blutabnahme bekannterweise oftmals medizinische Fachangestellte. Andererseits muss der Arzt persönlich tätig werden, wenn Schwierigkeitsgrad, Gefährlichkeit oder gewisse Unvorhersehbarkeiten seine Kenntnisse erfordern. Von dem Vergütungssystem der Krankenkassen ganz zu schweigen, welches eine ärztliche Leistung voraussetzt. Aufgrund dieser Vorgaben müsste also womöglich das komplette System neu überdacht werden, denn es stellen sich die Fragen, ob die Behandlung durch eine KI in den Bereich der delegierbaren Leistungen fällt und ob überhaupt eine Vergütung stattfinden muss, denn ein Roboter benötigt kein Gehalt.



Welche Hürden und Bedenken müssen beim Einsatz von KI in der Medizin in Zukunft beachtet werden?

Aus juristischer Sicht müsste die Haftbarkeit geprüft werden. Wer ist verantwortlich, wenn ein Behandlungsfehler vorliegt? Liegt ein Bedienungsfehler des Personals vor, oder ist es ein Organisationsverschulden der Krankenhausführung? Aktuell liegt die Schuld noch klar beim Anwender und nicht beim Entwickler beziehungsweise Hersteller des Roboters und dessen Algorithmen. Dazu kommt jüngst der verschärfte Datenschutz in Deutschland, der eine Übermittlung von Daten an Dritte deutlich einschränkt. Eine Neuregelung andererseits könnte es Krankenhäusern erlauben, auf einen bisher nicht dagewesenen Pool an Anbietern von Software zuzugreifen, der bereits angesprochene Anwendungen ermöglicht.


Und dennoch gilt es, der KI gewisse Hürden zu stecken, denn wie bereits im Artikel zur generalisierten künstlichen Intelligenz (Artificial General intelligence – AGI) erwähnt, ist das Zusammenspiel aller Sinneseindrücke das, was den Menschen einer KI gegenüber bevorteilt. Der Einsatz von künstlicher Intelligenz und Robotern wird den Medizinsektor in Zukunft enorm beeinflussen und prägen. Letztlich könnte dies – und das wäre wünschenswert – dazu führen, dass das Verhältnis zwischen dem behandelnden Arzt und seinem Patienten enger wird. Kümmert sich der Computer im Hintergrund um die Entlastung der Mediziner, können diese sich mehr Zeit für eine umfassende Behandlung nehmen. Zwar sind die KIs dem Menschen in einzelnen Sektoren deutlich überlegen, dass sie jedoch ein vergleichbares Einfühlungsvermögen oder gar echte Empathie entwickeln, ist auch auf langfristige Sicht eher unwahrscheinlich.