Künstliche Intelligenz (KI) im Gesundheitswesen

Künstliche Intelligenz (KI) ist eines der größten Schlagworte der letzten Jahre. Von ihrem Einsatz in der Medizin und Pflege erwarten sich ExpertInnen neue Impulse für die Ätiologie, Epidemiologie sowie Entlastungen für ÄrztInnen und Pflegepersonal. Zudem prognostizieren sie ein enormes wirtschaftliches Einspar-Potenzial.

In diesem Beitrag stellen wir Ihnen den aktuellen Stand sowie Visionen zum Einsatz von künstlicher Intelligenz im Gesundheitswesen vor.

Das Gesundheitssystem der Zukunft wird ohne KI nicht auskommen

KI im Gesundheitswesen nicht nur mehr Zukunftsvision - Actavis

Das Gesundheitssystem der Zukunft steht vor großen Herausforderungen: Bedingt durch eine alternde Gesellschaft, steigt die Anzahl multimorbider PatientInnen, gleichzeitig sinkt die Zahl der ÄrztInnen und des Pflegepersonals. Fortschritte in der Medizin bringen Spezialtherapien hervor, die die Behandlung von bisher schwer oder nicht-therapierbaren Erkrankungen ermöglichen. Die häufig kleinen PatientInnen-Kollektive führen aber zu sehr hohen Kosten. Auch das ist und bleibt eine Herausforderung für die seit 1.1. 2020 unter Österreichische Gesundheitskasse (ÖGK) zusammengelegten Gebietskrankenkassen.

Durch diese Entwicklung lastet immer mehr Druck auf ÄrztInnen und die Arbeitslast steigt. Überarbeitung und Zeitmangel können zudem zu Fehlern bei der Arbeit führen. In England sind bereits heute 30 Prozent aller vermeidbaren Todesfälle auf Fehldiagnosen zurückzuführen und in den USA sterben jährlich über 40.000 Menschen infolge schwerer Diagnosefehler.

Kurzum: ÄrztInnen müssen in ihrer Arbeit entlastet und unterstützt werden, z.B. indem Computer oder Roboter ihnen Routineaufgaben, wie die Erstellung von Arztbriefen, die Personal- und Ressourcenplanung oder in der Pflege, abnehmen und auch zeitintensive Arbeiten verkürzen. Gleichzeitig sind die Früherkennung von Erkrankungen sowie der rationale und ökonomische Einsatz von Diagnoseverfahren und Therapien zu fördern. Anderenfalls wird das Gesundheitssystem der Zukunft nicht funktionsfähig und finanzierbar sein.

Große Hoffnungen werden deshalb in die KI gesetzt: Eine europaweite Studie [1] von PriceWaterhouseCoopers (PwC) errechnete, dass durch den Einsatz von KI die Gesundheitskosten innerhalb von zehn Jahren um ca. 200 Milliarden Euro gesenkt werden könnten.

KI-Unterstützung in der Diagnose und Therapie

KI und Mensch in Kooperation - Actavis

Lernende Computersysteme haben das Potential, Krankheiten in einem frühen Stadium zu entdecken und damit eine frühzeitige Prävention oder Therapie zu ermöglichen. Auf Grundlage von Gesundheitsdaten könnten Risikogruppen identifiziert werden, die von gezielten Screenings profitieren könnten. Vor allem Betroffene mit subtilen oder unspezifischen Symptomen könnten so rechtzeitig diagnostiziert werden. Eine große Rolle werden in diesem Zusammenhang auch Wearables und Smartphone-Apps spielen, also tragbare Computersysteme, die Daten über ihre Träger und deren Umgebung sammeln (z.B. für die Datensammlung zu den motorischen Fähigkeiten der User, um so frühzeitig M. Parkinson diagnostizieren zu können). 

KI kann bereits heute ÄrztInnen in ihrer Arbeit unterstützen und entlasten. KI-Systeme können in der bildgebenden Diagnostik vorbefunden, Wahrscheinlichkeiten berechnen oder die Aussagekraft von Bildern verbessern. Außerdem werden Entscheidungsunterstützungssysteme (Decision Support Systems, siehe Forschung des Joanneum in Graz)[2] schrittweise in Krankenhäusern und Arztpraxen eingesetzt werden. Sie ermöglichen es künftig, die Erfolgsrate verschiedener Behandlungsoptionen zu berechnen.

Dabei ist das System jederzeit transparent und liefert für jeden Behandlungsvorschlag eine Begründung, die auch für Laien wie PatientInnen und Angehörige verständlich ist. Eine wichtige Hilfe, denn in einer Welt, in der sich das medizinische Wissen ca. alle 70 Tage verdoppelt, ist es für einen Menschen unmöglich, jederzeit vollständig informiert zu sein. Außerdem ist es mithilfe von Künstlicher Intelligenz möglich, personalisiert digitale Informationen zu konsumieren. So kann beispielsweise eine Ärztin oder ein Arzt zukünftig aus einem Bericht nur die Informationen angezeigt bekommen, die für sie/ihn relevant sind. KIs können zudem bei der Recherche von Informationen helfen.

Personalisierte Medizin und der „digitale Zwilling“

KI für die Medizin wichtig - Actavis

Auch der personalisierten Medizin könnte KI zum Durchbruch verhelfen. Das patientenindividuelle Ansprechen auf Pharmakotherapien hängt mitunter von so vielen internen und externen Faktoren ab, dass es mehr als schwierig sein kann, die optimale Dosierung für die/den Patientin/Patienten zu bestimmen. KI-Algorithmen könnten zukünftig eine Korrelation unter Berücksichtigung aller Einflussparameter finden und so eine optimale Dosierung ermöglichen.

In diesem Zusammenhang soll der digitale Zwilling eine wichtige Rolle einnehmen. Dabei handelt es sich um ein digitales Abbild der Patientin/ des Patienten, das alle für die Therapie relevanten Aspekte im Computer nachbildet. Die KI analysiert das Abbild und vergleicht es mit dem digitalen Abbild der „Durchschnittspatienten“. Sie bewertet Abhängigkeiten zwischen den Parametern, gewichtet sie und vergleicht sie schließlich mit den aufgezeichneten Therapieverläufen von Patienten mit ähnlichen Charakteristiken.

Auf dieser Grundlage macht die KI der Ärztin/ dem Arzt Therapievorschläge und begründet diese, z. B. durch Hinweise auf relevante klinische Studien.

Neue Erkenntnisse in der Ätiologie und Epidemiologie

KI in der Forschung - Actavis

In der Forschung fördern KIs schon heute neue Korrelationen, indem sie Merkmale zu Tage fördern, die bisher nicht mit klinischen Informationen in Verbindung gebracht wurden. Dadurch werden neue Erkenntnisse über die Pathogenese sowie neue Therapieansätze gewonnen. Darüber hinaus verspricht KI auch neue Impulse in der Erforschung und Prävention von Erkrankungen. In einer Studie aus dem Jahre 2015 sammelten israelische Forscher eine Woche lang Daten von rund 800 Personen über deren Essgewohnheiten, Blutzuckerwerte, Sportaktivitäten, Schlafgewohnheiten, Größe und Gewicht intestinalen Mikrobioms. In dieser Woche sammelten die Wissenschaftler allein über 1,5 Millionen Blutzuckerwerte. Eine KI untersuchte die gesammelten Daten dann auf Muster. Auch wenn Langzeitstudien noch fehlen, glauben die Wissenschaftler durch diese Daten individuell angepasste Diäten entwickeln zu können, die Volkskrankheiten wie Diabetes und Herzkreislauferkrankungen vorbeugen können.

Eine andere Art der Prävention beschäftigt sich mit der Vorhersage von Cholera-Epidemien, vor allem im Jemen. Die US-amerikanische Mikrobiologin Rita R. Colwell [3] entwickelte ein Computersystem, mit dem sich Choleraepidemien ca. vier Wochen vor dem Ausbruch vorhersagen lassen. Verbesserungen des Systems sollen einen achtwöchige Vorlaufzeit ermöglichen, wodurch ausreichend Zeit für Impfungen bleiben würden.

Effizientere Arzneimittelentwicklung

Auch die Entwicklung von Arzneimitteln könnte zukünftig schneller und effizienter erfolgen. Die Verarbeitung großer Datenmengen wie z.B. des Genoms und Proteoms könnten neue Ansätze in der Entwicklung ermöglichen. Auch könnten KIs neue Struktur-Wirkungsbeziehung finden, dazu die passende räumliche Struktur von Arzneistoffkandidaten errechnen und Synthesevorschläge für diese ausarbeiten. Ganz nebenbei könnte bereits eine Prognose über cancerogene oder mutagene Eigenschaften der Substanz berechnet werden.

Einsatz in Pflege und Reha

KI in Pflege und Reha - Actavis

Ein anderer wichtiger zukünftiger Einsatzschwerpunkt wird in der Pflege, der Rehabilitation und Unterstützung körperlich eingeschränkter Menschen gesehen. Soziale Roboter werden bereits heute erfolgreich in der Betreuung Demenzkranker eingesetzt. [4] Viele PatientInnen bauen eine emotionale Bindung zu den Robotern auf, die mit ihnen singen, Spiele spielen oder ihnen Witze erzählen. Darüber hinaus wird an Exoskeletten geforscht, die die motorische Rehabilitation z. B. von Schlaganfallpatienten verbessern. Dazu setzt eine KI gemessene Biosignale in dazu passende Bewegungssignale um und gibt diese an ein Exoskelett weiter. Durch ein ähnliches Verfahren soll es Menschen ermöglicht werden, sich wieder ihrer Außenwelt verständlich zu machen.

Fazit

Das Potenzial von KI-Anwendung ist enorm [5]. Auch wenn einiges noch nach Zukunftsmusik klingt, erwarten viele ExpertInnen, dass KI bereits in fünf Jahren zum medizinischen Alltag gehören wird.

 

Quellen und Empfehlung zum Weiterlesen:

[1] PricewaterhouseCoopers (2018): Sizing the prize. What’s the real value of AI for your business and how can you capitalise? Online unter https://www.pwc.at/de/publikationen/branchen-und-wirtschaftsstudien/pwc-ai-analysis-sizing-the-prize-report.pdf

[2] Joanneum Research/ Institut für Biomedizin und Gesundheitswissenschaften (2020): Entwicklung von Software als Medizinprodukt. Online unter https://www.joanneum.at/health/produkteloesungen/clinical-decision-support/

[3] Zur Person von Rita R. Colwell und ihre Forschungsarbeit: Online unter https://www.spektrum.de/news/mit-dem-algorithmus-gegen-cholera/1655968

[4] Futurezone (2019): Roboter „Pepper“ hilft Demenzkranken in Österreich. Online unter https://futurezone.at/science/roboter-pepper-hilft-demenzkranken-in-oesterreich/400458436

[5] Trending Topics (2019): Doktor AI? Wo künstliche Intelligenz in der österreichischen Medizin-Branche bereits mithilft. Online unter https://www.trendingtopics.at/doktor-ai-wo-kuenstliche-intelligenz-in-der-oesterreichischen-medizin-branche-bereits-mithilft/

Österreichische Akademie der Wissenschaften ÖAW (2019): KI wird alle Bereiche des Lebens umkrempeln. Online unter https://www.oeaw.ac.at/detail/news/schau-mir-in-die-augen-kuenstliche-intelligenz-diagnostiziert-netzhautpathologien/

Das Medizinprodukt. Magazin der AUSTROMED (2019): Business Class bei Service und Qualität. Welche Veränderungen die ÖGK für die Medizinprodukte-Branche bringen wird. Online unter https://www.medmedia.at/das-medizinprodukt/business-class-bei-service-und-qualitaet/

medonline.at (2019): Digitale Medizin. Künstliche Intelligenz erkennt heimliches Vorhofflimmern. Online unter https://medonline.at/uncategorized/digital/n/2019/10039247/kuenstliche-intelligenz-erkennt-heimliches-vorhofflimmern/

 

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