Pathologie 4.0 – inveox automatisiert Laborarbeit

Verwechslung, Verunreinigung, Verlust – die meisten Fehler in der Pathologie geschehen während des Probeneingangs. Einerseits kommen täglich unzählige Proben im Labor an, andererseits ist der Prozess der Registrierung sehr monoton. Die Folge: Die Arbeit ist ineffizient. Das Start-up inveox hat nun ein System entwickelt, das die Prozesse im Pathologielabor automatisiert und somit effizienter macht.

Im Interview mit MEDICA.de erklärt Maria Driesel, worin die Herausforderung bei der Arbeit im Pathologielabor besteht, wie diese durch ein automatisiertes System erleichtert werden kann und welche Rolle Machine Learning dabei spielen sollte.

Frau Driesel, wie sieht die aktuelle Situation in Pathologielaboren aus?

Maria Driesel: Der Großteil der Prozesse im Pathologielabor läuft manuell ab. Für den Transport von Biopsien werden ein einfaches Gefäß mit Schraubsystem und ein entsprechender handschriftlicher Untersuchungsauftrag verwendet. Das heißt, ein einsendender Arzt entnimmt die Gewebeprobe, packt diese in das Schraubgefäß mit Formalin – das ist eine Flüssigkeit zur Stabilisierung – und schreibt dazu handschriftlich auf einen Zettel, um welchen Patienten es sich handelt und was untersucht werden soll. Das wird dann anschließend ins Labor geschickt. Das Schwierige ist, dass dort pro Tag ein paar Hundert bis zu ein paar Tausend Proben ankommen. Die müssen natürlich alle registriert und vorbereitet werden. Dazu müssen die Daten also erst einmal erfasst und anschließend abgetippt werden. Danach werden die Proben sortiert, zugeordnet und nochmal umgepackt in eine sogenannte Biopsiekassette, die wiederum erneut beschriftet wird. Erst dann können die Proben überhaupt erst im Labor verarbeitet werden. Aufgrund dieser hohen Anzahl an Proben ist das eine sehr monotone und zeitraubende Arbeit. Dabei kann es nicht selten zu Verwechslung, Verunreinigung oder gar Verlust der Probe kommen. Solche Unregelmäßigkeiten treten Schätzungen von Experten zufolge in einem bis fünfzehn Prozent der Fälle auf und können schlimmstenfalls zu Fehldiagnosen oder Falschbehandlungen führen.

Dazu kommt, dass durch den dynamischen Fortschritt in der Medizin die Diagnostik einen immer höheren Stellenwert einnimmt und immer mehr Tests eingeführt werden. Darum werden auch immer mehr Proben entnommen. Gleichzeitig herrscht in dem Bereich aber ein großer Nachwuchsmangel. Die Labore brauchen also dringend effizientere Lösungen, um dem steigenden Arbeitsaufwand gerecht zu werden und die entsprechende diagnostische Versorgung gewährleisten zu können.

Sie haben nun ein System entwickelt, das eine solche Effizienz verspricht. Wie funktioniert es?

Driesel: Unser System automatisiert den Probeneingang in Pathologielaboren. Es besteht genaugenommen aus drei Komponenten. Eine davon ist ein völlig neuartiger Probenbehälter für Biopsien, in dem Transportgefäß und Biopsiekassette zusammengefasst werden können. Dadurch entfällt das häufige und fehleranfällige Umpacken. Der Automat für den Probeneingang stellt eine weitere Komponente dar und ist das, was schließlich im Labor steht. Er managt den kompletten "Wareneingang" des Pathologielabors. Das betrifft die Identifikation der Probe, das Qualitätsmanagement, das Umpacken, das Beschriften und so weiter. Die dritte Komponente ist eine webbasierte Software, die den einsendenden Arzt und den Pathologen miteinander verbindet.

Mit unserer Technologie erreichen wir auf verschiedene Weise Effizienz. Wir können zum Beispiel die Probe mit Hilfe eines Barcodes zu jeder Zeit sicher identifizieren. Darüber hinaus fotografieren wir die Probe und setzen damit einen ganz neuen Standard für das Qualitätsmanagement. Das Computer Vision Modul inklusive Bilderkennung, das wir hierfür einsetzen, eröffnet auch weitere Möglichkeiten, beispielsweise im Hinblick auf Machine Learning. Derzeit wird unser Automat vor allem dafür geschätzt, dass er sehr effizient eine riesige Anzahl an Proben abarbeiten kann.

Wie arbeiten Automat und Datenbank zusammen?

Driesel: Das geschieht in Form eines digitalen Untersuchungsauftrags. Zum einen ist die Datenbank dafür da, die Informationen vom einsendenden Arzt ins Labor zu übertragen. In dem Moment, wenn wir die Probe identifizieren und den Code lesen, sendet das Gerät die Information an unsere Datenbank, dass die Probe sicher angekommen ist. Über unsere Datenbank übertragen wir dann elektronisch die Daten, die wir zuvor vom Arzt erhalten haben, direkt an das Informationssystem des Labors mit der entsprechenden Fallnummer – und zwar in Echtzeit. Zum anderen liefert unser Gerät die Bilddaten – die sogenannte Visual ID –, indem es Fotos der Probe macht.

Wie verändert Ihr System die Untersuchung einer Gewebeprobe?

Driesel: An dieser Stelle ist wichtig zu wissen, wie die Präanalytik im Pathologielabor genau aussieht. Sie besteht aus mehreren Schritten, von denen wir mit unserem System den ersten und gleichzeitig kritischsten Teil abdecken. Wenn die Probe im Labor ankommt, wird sie zunächst umgepackt und registriert. Danach wird sie entwässert, in Paraffinwachs eingegossen und geschnitten. Dieser dünne Schnitt wird auf einen Objektträger aufgebracht, gefärbt, abgedeckt, und erst dann kann der Pathologe sich das Gewebe unter dem Mikroskop ansehen.

Unser System automatisiert in diesem ganzen Prozess die Probenregistrierung und -vorbereitung. In unserem Automaten findet also im Prinzip nicht die Untersuchung selber statt, sondern nur die Vorbereitung. Wir stellen erst mal sicher, dass die richtigen Daten zur richtigen Probe gehören. Das Gerät erfasst die Daten, entfernt das Formalin, beschriftet und fotografiert zusätzlich die Probe. Damit werden dem Pathologen weitere Informationen für seine Diagnose geliefert. Neben einer genaueren Makroskopie, die exakte Informationen zu Größe, Form und Oberflächenstruktur der Probe liefert, arbeiten wir auch mit Machine Learning und forschen zusätzlich an den Möglichkeiten Künstlicher Intelligenz.

Sie sprachen gerade von Machine Learning. Inwiefern wird das irgendwann die Arbeit per Hand und damit den Menschen ersetzen?

Driesel: Künstliche Intelligenz birgt unserer Meinung nach bislang ungenutzte Potenziale, die in den kommenden Jahren rasant an Relevanz gewinnen werden. Das Thema Mensch-Maschine-Interaktion spielt ja bereits eine sehr große Rolle. Uns ist wichtig, dass Maschinen an der Stelle eingesetzt werden sollten, wo sie Sinn machen. Sie können dem Menschen monotone, aber auch gefährliche Arbeiten abnehmen. Das hat natürlich auch viel mit Arbeitsschutz zu tun. Wir müssen bedenken, dass die Medizinisch-technischen Angestellten den ganzen Tag mit Formalin arbeiten und somit einem potenziell gesundheitsschädlichen Stoff ausgesetzt sind. Gerade bei solchen Prozessschritten ist der Einsatz einer Maschine sinnvoll, während die Labormitarbeiter Zeit für ganz andere wichtigen Aufgaben gewinnen, bei denen sie als Mensch gebraucht werden und unersetzlich sind. Das Ziel ist letztendlich eine ganzheitlich vernetzte Diagnostik, in der Mensch und Maschine perfekt zusammenarbeiten.