KI in der Medizin: So weit sind Forschung und Praxis

© shutterstock

KI-basierte Technologie begleitet uns täglich. Doch der technische Fortschritt ist vor allem dort wichtig, wo wir ihn nicht ständig sehen – in der Medizin. Neue Technologien erleichtern bereits jetzt medizinische Abläufe. Die Forschung dazu ist in vollem Gange. Wir haben die Expertinnen getroffen.

Zukunftsforschung an der AAU.

Maßgeblich beteiligt an der Entwicklung des Forschungsstandorts Kärnten ist Jan Steinbrener, Vizerektor für Forschung und Internationales der Alpen-Adria-Universität und assoziierter Professor. In seiner Forschung konzentrieren sich Steinbrener und sein Team auf die Selbstlokalisation von Robotern in Bezug auf ihre Umgebung. „Es geht um die Frage ‚Wo bin ich?‘“, erklärt der Wahl-Kärntner. „Diese Frage ist essenziell, um komplexe Aufgaben zuverlässig und sicher erledigen zu können.“ Ein Einsatzbereich sei die autonome Inspektion kritischer Infrastruktur wie Strommasten mithilfe von Drohnen, womit sich eine Forschungsgruppe des Instituts beschäftigt. „Oder die Navigation von chirurgischen Robotern im menschlichen Körper“, so Steinbrener. „Konkret arbeiten wir an roboterassistierten, ultraschallgeführten Interventionen im Bereich der Leber, zum Beispiel zur Biopsie oder Ablation von Lebertumoren.“

Die entwickelten Algorithmen können Ärzten als Assistenzsystem dienen sowie Prozesse in der interventionellen Radiologie präzisieren und erleichtern. Steinbrener und seine Kollegen am Institut für Intelligente Systemtechnologien sind gleichzeitig Treiber und Beobachter sich rasant entwickelnder Innovationen. „Es ist toll zu sehen, wie viel im Technologiesektor in Kärnten passiert“, sagt Visar Arapi, der als Forschungsmitarbeiter und Doktorand bei Jan Steinbrener an genau jenem Schnittpunkt zwischen Robotik und Medizin arbeitet. „Ich freue mich, zu dieser Entwicklung beizutragen und zu wissen, dass unsere Arbeit das Potenzial hat, vieles zum Positiven zu verändern.“

Auch viele andere Forschungsgruppen aus unterschiedlichen Disziplinen feilen an der AAU an dieser positiven Zukunft. „Dabei beschäftigen sich die Kollegen auch mit nicht technischen, sondern beispielsweise ethischen, sozialwissenschaftlichen oder rechtlichen Fragestellungen“, so Steinbrener. Der von ihm mitbegründete Studiengang „Robotics & AI“ hat bereits den Grundstein für die Ausbildung der Profis von morgen direkt in Klagenfurt gelegt. In der Medizin sei der Einsatz künstlicher Intelligenz vielfältig, klar sei aber auch: „KI darf nicht unbeaufsichtigt arbeiten, da Fehlentscheidungen nie ganz ausgeschlossen sind. Der Mensch bleibt zentral im Gesundheitssystem.“ Werden wir also künftig eher von Maschinen als von Ärzten behandelt? „Von beiden. Aber das Ziel muss sein, durch den Einsatz von Maschinen und KI die klinische Qualität bei gesteigerter Kosteneffizienz zu verbessern und gleichzeitig dem klinischen Personal mehr Zeit für den direkten Kontakt mit Patient:innen zu ermöglichen.“

Forschung in Villach.

Wo Forschung auf Praxis trifft, widmet sich Dr. Thomas Kau, Privatdozent und Primarius des Instituts für Radiologische Diagnostik und Intervention am LKH Villach, intensiv dem verantwortungsvollen Einsatz von künstlicher Intelligenz in der Radiologie. Dabei arbeitet er in Kooperation mit der AAU an der Entwicklung der oben genannten KI-unterstützten Lösungen für die ultraschallgezielte Biopsie. Gemeinsam mit Fraunhofer Austria arbeitet er zudem an der KI-basierten Erkennung von Lymphknotenmetastasen in der MR-Mammografie. Menschen, die dem Einsatz von KI in der Medizin noch skeptisch oder gar ängstlich gegenüberstehen, kann er beruhigen: „KI wird in ausgewählten Situationen als wertvolles Werkzeug eingesetzt. Wir orientieren uns in der Auswahl und Anwendung an wissenschaftlichen Erkenntnissen, anerkannten Zertifikaten und eigener Erfahrung in mehrmonatigen Tests.“

Der verantwortungsvolle Umgang stehe dabei im Mittelpunkt: „Wir lernen, mit KI umzugehen wie mit anderen technischen Errungenschaften in der Medizin – MRT, CT oder Ultraschall. Der Arzt bleibt auch bei Verwendung von KI-Software voll in der Verantwortung. Als Fachpersonen braucht es unser Domänenwissen sowohl in der Entwicklung als auch in der sicheren Anwendung von KI-Software.“ Den größten Unterschied mache KI aktuell bei Routineaufgaben, „wie etwa der Knochenalterbestimmung im Röntgen – auch in der KABEG“, so Kau. Ebenso bewähre sie sich „als zweites Paar Augen für spezifische häufige Befunde in der Akutradiologie, zum Beispiel bei Knochenbrüchen im Röntgen, Schädelblutungen oder Lungenembolien in der Computertomografie“. Auch in der interdisziplinären Diagnostik spiele sie eine wichtige Rolle: „Dort geht es um das Zusammenführen von Befunden unterschiedlicher Untersuchungsmethoden, in der KABEG derzeit etwa in der Demenz-Diagnostik.“ Ein Best-Practice-Beispiel sei „der Einsatz von KI in der Mammografie-Zweitbefundung – auch in der KABEG.“

Letztendlich sei immer das Ziel, Effizienz, Qualität und Sicherheit in der Patientenversorgung zu verbessern, fasst Nathalie Trost, Leiterin der KABEG-Unternehmenskommunikation, zusammen.

Bildanalyse am Vormarsch.

Einer der Bereiche, in dem die Kapazitäten der KI besonders anschaulich werden, ist die Bildanalyse, wie uns Eva Eggeling näher erklärt. „In der Praxis bedeutet das, dass radiologische Aufnahmen mithilfe der KI voruntersucht werden, um beispielsweise bei der Krebserkennung zu unterscheiden, welches Gewebe gefährdet ist. Die Maschine kann ein Vielfaches an Datensätzen analysieren, als es ein Arzt in seinem gesamten Leben könnte.“ Eva Eggeling ist promovierte Mathematikerin und Leiterin des Innovationszentrums „KI4LIFE“ der Fraunhofer-Gesellschaft. Ihr Team schlägt die Brücke zwischen der Grundlagenforschung und der praktischen Anwendung von KI-Lösungen, bringt die Themen Digitalisierung und künstliche Intelligenz in Unternehmen und unterstützt bei konkreten Bedarfsfällen. Dazu gehören beispielsweise Chatbots für Unternehmenswebsites oder Prozesserleichterungen in der Qualitätssicherung. „In Kärnten reichen unsere Kunden und Partner von kleinen Betrieben bis zu den Stadtwerken und dem Land Kärnten“, so Eggeling. Auch im Bereich der Medizin sei man im Austausch für zukünftige Projekte. Die Kompetenz dafür ist vorhanden, da KI4LIFE die Bereiche Wissensmanagement, Zeitanalysen und Bildanalysen umfasst.

Damit der Computer solche Aufgaben lösen kann, braucht es zunächst die Expertise der Fachleute und viele Jahre menschlicher Arbeit. „Künstliche Intelligenz erlernt ihre Fähigkeiten auf Basis bereits bestehender Erfahrungen“, erklärt Eggeling. Diese Vorgehensweise wird als maschinelles Lernen bezeichnet. Am Beispiel der Radiologie bedeutet maschinelles Lernen, dass Computerprogramme medizinische Bilder wie Röntgen-, CT- oder MRT-Aufnahmen analysieren und dabei typische Krankheitsmuster erkennen. „Dafür werden sie mit sehr vielen, von Ärzten bereits beurteilten Bildern trainiert“, so Eggeling. So kann die KI Auffälligkeiten später selbstständig erkennen. „Die Technik unterstützt Ärzte und Fachpersonal, wird sie aber nicht ersetzen“, beruhigt die Mathematikerin. „Ganz wichtig ist dabei: Das Ergebnis ist immer eine Wahrscheinlichkeit, keine Wahrheit.“

Mit der Analyse großer medizinischer Datensätze beschäftigt sich auch Anita Kloss-Brandstätter, Dozentin an der Fachhochschule Kärnten. „Ein Schwerpunkt liegt auf maschinellem Lernen für radiologische Anwendungen. So untersuche ich beispielsweise dreidimensionale digitale Aufnahmen, um Charakteristiken der Knochenheilung zu identifizieren und Prognosen zum Erfolg dentaler Implantate zu verbessern. Ziel ist es, Marker für Knochenheilung und Regeneration zu finden, die in der klinischen Praxis direkt nutzbar sind.“ Darüber hinaus arbeitet sie in Kooperation mit anderen Universitäten im Bereich der MRT-gestützten Datenanalyse, etwa bei Multiple-Sklerose-Patient:innen . „Die zentrale Herausforderung besteht darin, komplexe Daten in wertvolle klinische Erkenntnisse zu übersetzen, die die Patientenversorgung nachhaltig verbessern können.“

Der Einsatz in der Praxis.

In den Humanomed Privatkliniken Villach und Maria Hilf sowie dem Humanomed Zentrum Althofen setzt man mit dem System „ebody“ bereits auf innovative digitale Unterstützung bei der medizinischen Dokumentation. Das Krankenhausinformationssystem der Humanomed IT Solutions umfasst unter anderem ein digitales Diktiersystem sowie eine Sprachsteuerung, die auch im OP eine kontaktlose Navigation ermöglicht. In der Privatklinik Villach wird künstliche Intelligenz in der Endoskopie genutzt, wodurch besonders bei Darmkrebs eine Früherkennung möglich sein kann. Auch im Krankenhaus der Barmherzigen Brüder in St. Veit an der Glan setzt man bei der Diagnose von Darmkrebs mit dem ENDO-AID-System auf moderne Technik. „Das System ist speziell darauf ausgerichtet, die Erkennungsrate von Polypen bei Darmspiegelungen signifikant zu verbessern. Die Analyse von Endoskopiebildern in Echtzeit hilft dabei, pathologische Veränderungen schneller und genauer zu identifizieren“, so Primarius Dr. Hans Peter Gröchenig.

Auch Virtual Reality kommt zum Einsatz – um Chemo-Patienten durch VR-Brillen die Nervosität vor der Behandlung etwas zu nehmen. Das Deutsch-Ordens-Krankenhaus Friesach setzt ebenfalls Kurs auf die Zukunft: KI unterstützt dort nicht nur bei MRT, Gastroskopie und Koloskopie. „Wir setzen auf computerunterstützte Navigation bei Gelenksoperationen, in Vorbereitung befindet sich zudem der Einsatz von Robotik in der Kniegelenks-Endoprothetik“, verrät Geschäftsführer und Ärztlicher Leiter Dr. Ernst Benischke.

Auch im A. ö. Krankenhaus Spittal an der Drau findet KI im Rahmen der bildgebenden Diagnostik bei MR und Ultraschall Anwendung. „Künstliche Intelligenz ist in der Radiologie die Gegenwart. In allen mir bekannten Studien der radiologischen Diagnostik ist ‚Mensch + KI‘ signifikant besser als der Mensch oder die KI jeweils allein“, sagt dazu Primarius Dr. Lukas Oberzaucher, Vorstand der Abteilung Radiologie. Im Bereich Softwareanwendungen wird zudem eine digitale Spracherkennung getestet, welche sich ebenfalls auf KI stützt und bei internen Abläufen assistieren könnte.

Unsichtbare Hightech-Schmiede.

Damit komplexe Systeme überhaupt angewendet werden können, braucht es die entsprechenden Geräte. In vielen davon steckt die Handschrift der WILD-Gruppe, die in Kärnten mit zwei Standorten vertreten ist. Ob moderne Blutanalysegeräte, 3D-Scanner beim Zahnarzt, volldigitale Operationsmikroskope für die Augenchirurgie oder spezielle Laserscanner zur Hautanalyse – das Herzstück ist fast immer eine hochpräzise Optik. Hier liegt die Kernkompetenz von WILD. Kombiniert mit Know-how in Mechatronik, Software, Kunststofftechnik und Feinmechanik entwickelt WILD komplexe Geräte für internationale Medizintechnik-Marken und Start-ups. Zudem wird aktuell Know-how in neuen Märkten wie der Medizinrobotik aufgebaut, wie wir von Wolfgang Warum, CTO der WILD-Gruppe, erfahren.

Die präzise Fertigung ist schließlich ausschlaggebend dafür, dass intelligente KI-Software reibungslos eingesetzt werden kann. „Man kann es mit einem modernen Auto vergleichen: Der schlaueste Fahrassistent ist nutzlos, wenn die Kameras schmutzig oder unscharf sind. Wir entwickeln und fertigen genau diese Hardware-Basis, damit intelligente Software im medizinischen Alltag Leben retten und Operationen sicherer machen kann.“ Ein Best-Practice-Beispiel aus einer Produktentwicklung mit Beteiligung von WILD ist SeeLuma™. Das volldigitale 3D-Operationsmikroskop hat das weltweit erste digitale Binokular. Im Gegensatz zu herkömmlichen Mikroskopen wird das Bild auf einem Display dargestellt, das sich frei positionieren lässt und so Operieren in aufrechter Haltung erlaubt.

Humanoide Roboter.

Heimische Firmen und Forschungseinrichtungen sind auch über das Bundesland hinaus stark vernetzt. Besonders die Achse Kärnten–Steiermark wird mit wichtigen Akteuren wie Fraunhofer oder dem Joanneum Research Institut immer bedeutender. Letzteres ist in Klagenfurt mit einem Robotics-Institut angesiedelt und fokussiert am Health-Institut in Graz intensiv auf die Forschung zwischen Technik und Medizin. Aktuell großes Zukunftsthema: humanoide Roboter. Man darf gespannt sein, was sich – Positives – tun wird.