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E-Health – künstliche Intelligenz im Dienste der Gesundheit
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2020-12-16 2020-12-15 15 Dezember 2020 - Alessandro Di Stefano
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Von Rehabilitationskits für zu Hause bis hin zu Wearables: Der Wandel zur Medizin der Zukunft wird von Algorithmen vorangetrieben. Die Fakultät für Informatik der Freien Universität Bozen und die Smart Data Factory im NOI Techpark gewähren uns einen Blick in die Zukunft der Gesundheitsversorgung.

„Künstliche Intelligenz ist im Gesundheitswesen bereits seit den 70er-Jahren ein Thema. Damals sprach man noch von Expertensystemen: Das erste Programm dieser Art wurde entwickelt, um die Ärzte bei der Ursachensuche für Infektionen bei Patienten zu unterstützen. Heute gehen wir bereits von der künstlichen Intelligenz (auch KI) zur XKI, also der Explainable KI, über. Kurz gesagt werden die Algorithmen der künstlichen Intelligenz dabei mit bestimmten Funktionen kombiniert, sodass das System dem menschlichen Benutzer (z. B. dem Arzt) die Ursache eines bestimmten Ergebnisses erklären kann.“ So fasst Floriano Zini, unibz Forscher der Smart Data Factory im NOI Techpark (einem Labor, in dem komplexe Daten erfasst und analysiert werden, um den Technologietransfer im Bereich Data Science voranzutreiben – https://noi.bz.it/de/smart-data-factory), die wichtigsten Tagespunkte von Data4SmartHealth zusammen. An der Veranstaltung nahmen Experten aus den Bereichen Medizin und Technologie, Unternehmen, Innovatoren und Forschende der Smart Data Factory teil. Ziel des Workshops ist die Zusammenarbeit zwischen diesen Interessenvertretern, um innovative Lösungen für das Gesundheitswesen, insbesondere für die Verwaltung und die Auswertung großer Datenmengen, zu entwickeln. „Diese Lösungen bauen meist auf hochentwickelte Algorithmen auf, die mit künstlicher Intelligenz verarbeitet werden, um Gesetzmäßigkeiten in den Daten und verborgene Zusammenhänge aufzudecken. Ziel ist es, bessere Dienstleistungen und Anwendungen anzubieten“, betont Prof. Diego Calvanese, Leiter der Smart Data Factory. Das Gesundheitswesen gehört zu den Branchen, in denen vermehrt Informationstechnologien eingesetzt werden. Dieser Trend wird sich in Zukunft noch verstärken. Durch die Instrumente der sogenannten E-Health bzw. Gesundheitstelematik werden nämlich eine flächendeckendere, effektivere und effizientere Prävention, Diagnose, Behandlung und Überwachung von Erkrankungen sowie Verwaltung der Gesundheitsversorgung und des Lebensstils der Bevölkerung möglich.

„In der Medizin findet die künstliche Intelligenz bereits breite Anwendung“, erklärt Zini. „Bei bildgebenden Verfahren oder CT, bei denen mithilfe eines Algorithmus Tumore diagnostiziert werden können, gehört die KI beispielsweise fast schon zum Standard. So erzielte das Universitätsklinikum Campus Bio-Medico in Rom erst kürzlich einen großartigen Erfolg: Durch den Einsatz künstlicher Intelligenz ist es gelungen, anhand von Lungen-CT zu unterscheiden, ob eine Lungenentzündung durch das Coronavirus verursacht wurde oder nicht.“ Diese Lösung wurde laut den Angaben auf der Webseite des Universitätsklinikums auch Wuhan zur Verfügung gestellt.

„Wir dürfen uns bei der Forschung in diesem Bereich jedoch nicht von der aktuellen Situation beeinflussen lassen“, betont Roberto Silverio vom Südtiroler Sanitätsbetrieb. „In der personalisierten Medizin konzentrieren wir uns allzu oft nur auf das Individuum. Wir müssen die Medizin jedoch auch in ihrer Gesamtheit betrachten. Das heißt, wir müssen das Ziel verfolgen, die Gesundheit der Menschen nicht nur durch Medikamente zu verbessern. Außerdem müssen wir uns der Voraussetzungen bewusst sein. Ich bin davon überzeugt, dass wir bei der Datenerfassung ansetzen müssen.“

Eine bessere Gesundheitsversorgung. Oder: aus den Daten lernen

Data Science ist der Angelpunkt für das Gesundheitswesen der Zukunft: Der Wearables-Bereich bietet unzählige Möglichkeiten, Gesundheitsdaten zu erfassen. Diese mit hochmodernen Geräten gesammelten Daten können anschließend zur Auswertung an Experten übermittelt werden. „Dazu müssen wir unsere Gewohnheiten ändern“, erklärt Silverio. „In Zukunft werden die Patienten ihre Daten für die Beurteilung an ihre behandelnden Ärzte weiterleiten.“

Smarte Reha für zu Hause

Welche Instrumente und Technologien nutzen also Daten und Algorithmen, um Patienten mit smarten Funktionen zu unterstützen? Wir können davon ausgehen, dass die Rehabilitation von Patienten in Zukunft zunehmend zu Hause stattfinden wird. Dabei werden sie von Experten und Spezialisten über praktische Geräte wie Tablets aus der Ferne begleitet. Das ist auch das Konzept von CoRehab: Patienten können ihre Übungen mithilfe eines Rehabilitationskits zu Hause ausführen. Dabei tragen sie Gurte mit Sensoren und verfolgen ihre Bewegungen wie bei einem Videospiel auf dem Fernseher. Am Ende der Sitzung erstellt das System einen Bericht und übermittelt ihn an den behandelnden Arzt. Dieser kann so die Fortschritte des Patienten beurteilen, Verbesserungsvorschläge geben und mit dem Patienten interagieren. Innovative Instrumente dieser Art können das Know-how und die Erfahrung der Experten zwar nicht ersetzen, sie können aber als wertvolle Unterstützung dienen.

„Wir sind auf die XKI angewiesen“, betont Carlo Combi von der Universität Verona. „Die Ärzte werden von diesen innovativen Technologien mit Sicherheit nicht verdrängt. Fakt ist aber, dass Ärzte mit Erfahrung in diesem Bereich einen entscheidenden Vorteil haben werden. Die künstliche Intelligenz muss zur Unterstützung der klinischen Entscheidungsfindung eingesetzt werden. In den vergangenen 30 Jahren hat sich das Forschungsinteresse von Systemen für die Darstellung medizinischen Wissens auf datenintensive Anwendungen verlagert. Im Gesundheitswesen werden Berge an Daten generiert. Diese können uns als Quelle für neue implizite oder sogar völlig neue Erkenntnisse dienen.“

Innovation des Gesundheitswesens: Wenn KI nicht mehr ausreicht

Die Innovation im medizinischen Bereich konzentriert sich nicht nur auf neue Technologien. „KI reicht nicht mehr aus, bzw. ist sie kein Allheilmittel“, erläutert Zini. „Sie bietet jedoch eine wertvolle Unterstützung. Die immer umfangreicheren Daten zum Gesundheitszustand von Patienten und die Möglichkeit, diese schnell und sicher auswerten zu können, bieten einen klaren Vorteil.“

Eines der interessantesten Projekte, die im Zuge von Data4SmartHealth vorgestellt wurden, ist MS-rehab. Diese auf künstlicher Intelligenz beruhende Anwendung wurde von der Freien Universität Bozen in Zusammenarbeit mit der Universität Bologna für die kognitive Rehabilitation von Patienten mit Multiple Sklerose entwickelt. Sie kann jedoch auch für die Therapie anderer Erkrankungen eingesetzt werden. „Dabei handelt es sich um ein computergestütztes System für die kognitive Rehabilitation, das von einem klinischen Expertenteam entwickelt wurde“, erklärt Zini, der selbst am Projekt beteiligt war. „Die Webseite bietet Reha-Übungen mit zunehmendem Schwierigkeitsgrad, der von einem KI-Algorithmus individuell an den Patienten angepasst wird, der die Übung ausführt.“

Doch Vorsicht: Der Erfolg dieser Instrumente hängt stark von der Arzt-Patient-Beziehung ab. „Die zwischenmenschliche Komponente ist absolut entscheidend“, betont Dr. Silverio abschließend. „Ärzte erscheinen Patienten heute oft distanzierter als früher. Es ist wichtig, dass sich Ärzte und Experten miteinander austauschen und ihre Kompetenzen vereinen. Die Herausforderung besteht nicht in der fehlenden Technologie: Die künstliche Intelligenz ist nämlich längst ein fester Bestandteil der Medizinbranche.

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