Unterstützt künstliche Intelligenz Ärzte nur bei der Diagnostik? Weit gefehlt: Innovative Tools erobern Schritt für Schritt Operationssäle. Ein Blick in die Zukunft.
Besser operieren oder abwarten? Schon vor dem Eingriff geben Tools der künstlichen Intelligenz (KI) vielleicht schon bald allen Ärzten Hinweise auf mögliche OP-Risiken, und zwar besser als diverse Scores, als das Alter, Geschlecht oder als Vorerkrankungen. Daran arbeiten Forscher am Uniklinkum Heidelberg seit rund anderthalb Jahren.
Ihr Ansatz: Im Gesundheitswesen entstehen große Datensätze, die Big Data, mit Laborwerten, Bilddaten, Diagnosen und Therapien. Darin erkennen Algorithmen Muster, die menschlichen Augen verschlossen bleiben.
Über maschinelles Lernen verbessern solche Tools ihre Leistungsfähigkeit immer weiter. Ziel des Projekts Kognitiver medizinischer Assistent (KoMed) ist, präoperativ Risiken besser als momentan abzuschätzen und auch Eingriffe optimal vorzubereiten. Der Algorithmus soll beispielsweise prognostizieren, wer mit großer Wahrscheinlichkeit eine Bluttransfusion benötigt.
KI prognostiziert ebenfalls postoperative Komplikationen wie Nierenversagen nach Kardiochirurgien – laut einer Studie oft besser als Experten aus Fleisch und Blut.
Auch im OP hat moderne Technik längst Einzug gehalten. Roboter-assistierte Eingriffe sind zur Routine geworden, seit die US-Behörde FDA im Jahr 2000 DaVinci-Operationssysteme zugelassen hat. Mittlerweile ist die Konkurrenz groß. Und viele Systeme setzen auf KI, um Operateure zu entlasten.
Bei Roboter-assistierten Eingriffen sehen Chirurgen ein stark vergrößertes Bild der endoskopischen Kamera. Ihr Problem ist nur, dass sich Informativen aus der präoperativen Bildgebung, sprich CTs oder MRTs, kaum mit den Live-Bildern abgleichen lassen – beispielsweise, um Lymphknoten im Areal zu identifizieren. Forscher am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein planen deshalb, per KI Informationen der präoperativen Diagnostik ins Live-Bild zu integrieren. Und beim Eingriff selbst soll eine Navigationshilfe Chirurgen unterstützen. Das Projekt zielt noch auf Lymphadenektomien beim Prostatakarzinom ab, lässt sich jedoch auf andere Tumorerkrankungen übertragen.
Autonome Robotersysteme könnten das passende Instrument auswählen. Foto: André Wirsig, NCT/UCC Auch die Leistungsfähigkeit von OP-Robotern wollen Forschergruppen verbessern. Am Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen Dresden ist es Ärzten gelungen, ein KI-Tool zu entwickeln, das mehrere Minuten vor dem tatsächlichen Einsatz prognostiziert, welches chirurgische Instrument zum Einsatz kommt. Das gelingt mit einem neuronalen Netz, um es Systemen zu ermöglichen, nach menschlichem Vorbild zu lernen.
Für die Studie wurde es mit 60 Videos laparoskopischer Cholezystektomien als Trainingsdaten gefüttert. Dabei kamen fünf verschiedene Instrumente zum Einsatz. Es folgten 20 weiteren Videos ohne Markierung der Instrumente, um die KI zu evaluieren. Sie konnte die benötigten Instrumente vielfach korrekt vorhersagen – ein wichtiger Schritt in Richtung teilautonomer Systeme.
Videodateien chirurgischer Eingriffe analysiert auch das Start-up Theator mit dem Ziel, Eingriffe besser und sicherer zu machen. Die Idee kam Tamir Wolf, einem Arzt aus Palo Alto, Kalifornien, aufgrund beruflicher Erlebnisse.
Wolf diagnostizierte sowohl bei seiner Frau als auch bei einem früheren Vorgesetzten eine Appendizitis ähnlichen Schweregrads. Beide Patienten wurden in unterschiedlichen Kliniken operiert, nur wenige Kilometer voneinander entfernt. Wolfs Frau konnte das Krankenhaus zwölf Stunden nach dem Eingriff wieder verlassen – sein früherer Chef geriet aufgrund von Fehlern in eine lebensbedrohliche Situation. Deshalb gründete der Experte 2019 Theator.
Theator analysiert Echtzeit-Videodaten und warnt vor Komplikationen. Screenshot: DocCheck, Quelle: Twitter.
Seine Plattform extrahiert und kommentiert jeden Moment aus OP-Videos mithilfe von KI und Computer Vision, einer Software. Mittlerweile enthält die Bibliothek über 30.000 Stunden Videomaterial und fast eine Milliarde Einzelbilder.
Ärzte wählen Themen auswählen, die sie interessieren, zum Beispiel „Bauchspeicheldrüse“ und „Komplikationen“, und das System zeigt ihm aus den vielen gespeicherten Dateien nur die relevanten Videoclips: quasi Netflix für Chirurgen. Sie sehen entscheidende Momente aus Hunderten von Operationen, etwa kritische Schritte oder Blutungen.
Damit nicht genug. In dem Moment, in dem eine Operation startet, beginnt Theator automatisch mit der Aufzeichnung und der Analyse. Die Plattform bietet Live-Updates zur Optimierung der OP-Effizienz und benachrichtigt Chirurgen über kritische Ereignisse, die sich intraoperativ ereignen. Und das oftmals früher, also noch bevor Ärzten die Problematik auffällt. Kollegen mit besonderer Expertise können vom System benachrichtigt werden.
Bleibt als Fazit: Die Perspektiven sind großartig. Doch momentan ist nicht alles Gold, was glänzt. Unternehmen benötigen für eine erfolgreiche Zertifizierung durch Zulassungsbehörden vor allem Daten aus größeren klinischen Studien. Für Ärzte sollte auch immer nachvollziehbar sein, wie – und warum – Algorithmen entscheiden; KI darf keine Black Box sein. Nicht zuletzt kommt der Faktor Mensch ins Spiel. Aus der Luftfahrt als weiterem Hochrisiko-Bereich ist bekannt, dass sich Piloten teils zu stark auf die Technik verlassen. Genau diesem Risiko sind Chirurgen durch immer bessere Tools ebenfalls ausgesetzt.
Bildquelle: Tianyi Ma, Unsplash
