Im Krankenhaus der Zukunft: Daten, Digitalisierung und Künstliche Intelligenz

Smarte Assistenzsysteme in der Anwendung und wie man sie entwickelt

18/07/2023

Künstliche Intelligenz (KI) und ihr Einsatz ist gerade in aller Munde. Und auch die Frage, wie KI unsere Zukunft verändern und gestalten wird, wird heiß diskutiert. Auch im Gesundheitswesen liegen KI-Anwendungen im Trend. Doch bevor diese eine Erleichterung sein können, müssen die Grundlagen erfüllt sein. Wir haben mit drei Experten gesprochen – über den Status quo der Digitalisierung und darüber, welche Rolle KI im Krankenhaus spielen kann oder wird.

"Der erste Schritt ist immer die Digitalisierung. Wenn Sie noch alles auf ein Blatt Papier schreiben, brauchen Sie auch keine KI"

Dr. med. Arne Peine, Gründer und CTO, Clinomic Group GmbH

Es fallen bereits heute schon unfassbar viele Daten in einem Krankenhaus an. Besonders datenreich ist die Intensivstation. Da hier Patientinnen und Patienten umfangreich überwacht werden, hat das medizinische Personal viele Werte zur Verfügung, um eine einerseits fundierte, aber auch individuelle Behandlungsentscheidung treffen zu können. Vitalwerte, Laborwerte sowie die Krankheitshistorie mit etwaigen erfolgten Eingriffen müssen einbezogen werden. Gleichzeitig spielt auch die Zeit für den Behandlungserfolg eine Rolle. Deshalb ist es wichtig, dass Ärztinnen und Ärzte wie auch das pflegerische Personal immer die Gesamtheit an Daten im Blick haben.

Hier kommt Clinomic ins Spiel. Das Start-up hat es sich zur Aufgabe gemacht, "das Krankenhaus neu zu erfinden". Mit Mona hat es ein intelligentes Assistenzsystem entwickelt, welches direkt am Krankenhausbett alle Daten der Patientinnen und Patienten bündelt und abrufbar macht. Zusammen mit KI-Algorithmen unterstützt Mona bei der optimalen Behandlung.

Letztlich geht es bei allen Fragen rund um Digitalisierung und Datennutzung sowie den Einsatz von KI nicht nur darum, das Krankenhauspersonal zu entlasten. Auch das Wohl der Patientinnen und Patienten steht dabei im Fokus. Eine bessere Digitalisierung wirkt sich schließlich auch auf die Behandlungsqualität aus.

Digitalisierung allein reiche aber nicht, sagt Peine. Denn natürlich ist es nicht damit getan Daten zu generieren. Es geht auch um sinnvolles Datenmanagement. Auf der Intensivstation werden pro Stunde in etwa 1.000 Datenpunkte pro Patientin oder Patient generiert. Diese Menge will aufbereitet und ausgewertet werden. Aber auch die Datensicherheit ist ein nicht zu vernachlässigender Punkt.

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Data Mining

Im Video spricht Dr. Peine über die anfallen Gesundheitsdaten und wie sie mit Data Mining nachhaltig genutzt werden können.

Dr. med. Tobias Strapatsas

"KI ist nur ein Teilaspekt"

Was für die Intensivstation aufgrund der "automatisch" anfallenden Daten bereits funktionieren kann, würde sich Dr. med. Tobias Strapatsas auch für seinen Wirkungsbereich wünschen. Strapatsas rief das Projekt als Chefarzt der zentralen Notaufnahme in den Städtischen Kliniken Mönchengladbach ins Leben. Auch dort geht es um Zeit. Hier muss das medizinische und pflegerische Fachpersonal innerhalb von Minuten einschätzen, wie dringlich die ankommende Person medizinisch versorgt werden muss, noch bevor die Frage geklärt werden kann, wie genau sie behandelt wird. Die Festlegung von Behandlungsprioritäten im Zuge der Triagierung findet in der Notaufnahme standardmäßig mit Hilfe erprobter Ersteinschätzungsinstrumenten statt. Bei Patientinnen und Patienten, die selbstständig in die Notaufnahme kommen, ist die Datenlage meist eher dünn.

Anders verhält sich das bei "bei Patientinnen und Patienten, die mit dem Rettungsdienst kommen. [Dort] ist es erfahrungsgemäß so, dass wir schon deutlich mehr Informationen haben. Nämlich all das, was der Rettungsdienst schon in Erfahrung gebracht oder an Behandlungsmaßnahmen eingeleitet hat. Krankenhäuser im Allgemeinen nutzen diese Informationen im Rahmen der Triage aber nicht ausreichend", bemängelt Dr. Strapatsas, der seit Juni 2023 Chefarzt der Zentralen Notaufnahme im Asklepios Klinikum Hamburg Harburg ist.

Und genau hier setzt das Förderprojekt "KI-basiertes Assistenzsystem für eine zuverlässigere Priorisierung in der Notaufnahme" (KIBATIN) an.

KIBATIN

Die Forschenden des Projekts entwickeln ein Assistenzsystem zur Unterstützung und Optimierung der medizinischen Ersteinschätzung in der Notaufnahme. Es analysiert Daten, die vom Rettungsdienst erhoben wurden. Dabei identifiziert es relevante Informationen und schlägt eine Priorisierung der Notfälle mit einer nachvollziehbaren Begründung vor. Entwickelt werden soll ein hybrides KI-Assistenzsystem, basierend auf menschlichem Fachwissen und einer datengetriebenen Komponente. Die regelbasierte Steuerung bietet hohe Präzision und Zuverlässigkeit. Der datenbasierte Ansatz erhöht dagegen die Abdeckung und Absicherung der Ergebnisse und wird mittels maschineller Lernverfahren trainiert.

"Am Ende soll ein System stehen, das unserer Pflege die Arbeit erleichtert, indem es auf kritische Punkte aus dem Rettungsdienst hinweist und darauf basierend auch schon Vorschläge ableitet."

Die Problematik ist, dass nicht jede elektronische Information auch strukturiert nutzbar ist, um beispielsweise einen Algorithmus zu füttern. Und dann gibt es Daten, die sich in einem Freitext verbergen, aber eben auch wichtige Informationen enthalten. Am Ende ist es wie bei einem Puzzle: Erst die Gesamtheit der Teile ergibt ein Bild.

"Die KI ist nur ein Teilaspekt des Ganzen", so Dr. Strapatsas. "Es braucht kein künstliches Lernen, um eine Dringlichkeit von einem Kreuz beim Punkt: Beatmung abzuleiten. Ein solcher Notfall braucht bei Ankunft des Rettungswagens ein bereitstehendes qualifiziertes Team, was die Weiterbehandlung übernimmt." Es gehe vielmehr darum, den Algorithmus bei weniger klar strukturierten und regelbasierten Fällen zu trainieren. Hierfür nutzen die Entwickelnden übrigens synthetische Daten.

Synthetische Daten

Durch einen Algorithmus zufällig generierte und dadurch künstlich geschaffene Datenpunkte, die aber genauso strukturiert und aufgebaut sind, wie der echte Datensatz. Dadurch sind keine Rückschlüsse auf private Gesundheitsdaten der Patientinnen und Patienten mehr möglich.

Nosokomiale Infektion

Als nosokomiale Infektion gelten Infektionen, die in zeitlichem Zusammenhang mit einem Krankenhausaufenthalt stehen, also in der Regel erst 48 Stunden nach einer Hospitalisierung auftreten. Deshalb werden sie umgangssprachlich auch "Krankenhausinfektion" genannt. Meistens handelt es sich dabei um Harnwegs-, Wund- oder Atemwegsinfektionen. Im schlimmsten Fall droht eine Sepsis. Ursächlich für diese Infektionen können mangelnde Hygienemaßnahmen sein. Aber auch Risikofaktoren wie hohes Alter oder chronische Erkrankungen können Infektionen durch Erreger begünstigen.

Ein ganz ähnlich funktionierendes System wird im Krankenhaus der Barmherzigen Schwestern Ried, Österreich, angewandt. Allerdings spürt die KI dort Krankenhaus-Infektionen auf.

HAIDI

HAIDI ist ein KI-basiertes System des tschechischen Start-ups Datlowe, welches alle vorliegenden digitalen Daten aus dem Krankenhaus-Informationssystem scannt und diese mit international anerkannten Kriterien wie den KISS-Kriterien für nosokomiale Infektionen (Krankenhaus-Infektions-Surveillance-System) abgleicht. Daraus erstellt das System eine Liste aus potenziell gefährdeten Patientinnen und Patienten und ermöglicht damit fast eine Echtzeit-Verfolgung.

Dr. Milo Halabi, Mitglied im Hygiene-Team des Krankenhauses, ist begeistert: "Bisher mussten wir den nosokomialen Infektionen mehr oder weniger nachlaufen oder sie wurden uns gemeldet. Jetzt sind wir in der Lage prospektiv und sogar interaktiv zu sehen, bei wem sich eine Infektion entwickelt." Das ist auch deshalb möglich, weil HAIDI ebenfalls Hinweise in Freitexten wie Notizen von Fach- und Pflegepersonal erkennen kann.

In Ried wurde das System vor der Einführung getestet. Und es hat sich bewährt. Die Mitarbeitenden werfen einen Blick in die Software und bekommen alle potenziellen Infektionsfälle angezeigt. Diese werden dann von ihnen überprüft. Das dauert zwischen 30 und 45 Minuten. Aber das System zeigte sich bislang äußerst treffsicher. Für Dr. Halabi und sein Team war das Produkt des tschechischen Start-ups deshalb ein Glücksfall.

Dr. Milo Halabi

"Es liegen so viele Daten in Gesundheitseinrichtungen herum, die verknüpft und richtig aufbereitet einen immensen Mehrwert für die Behandlung bringen könnten."

Dr. Milo Halabi, Facharzt für klinische Pathologie und Molekularpathologie, Standortleiter Institut f. Pathologie Ried, Krankenhaus der Barmherzigen Schwestern Ried

Dafür ist es aber wichtig, Digitalisierung und Datenmanagement adäquat umzusetzen. Denn auch "HAIDI kann nur so gut sein, wie die digitale Architektur in einem Krankenhaus ist." Je höher der Grad der Digitalisierung, umso mehr verwertbare Daten seien vorhanden, desto bessere Ergebnisse könnten Intelligente-System liefern. Und am Ende profitieren alle. "Studien zeigen für Österreich, dass die Behandlung von nosokomialen Infektionen bis zu 20 Millionen Euro pro Jahr kosten." Das schnellere Aufspüren von Krankenhausinfektionen spart also auch Ressourcen für Diagnostik, Medikamente, Personal und in Sachen Bettenkapazitäten.

Aber wie sieht nun das Krankenhaus der Zukunft aus?

Alle drei Gesprächspartner sind sich einig, dass bei allem technischen Fortschritt das Wohl der Patientinnen und Patienten im Vordergrund steht.

Digitalisierung birgt immer auch Herausforderungen und das nicht nur im Umgang mit den Daten, sondern auch in der Entwicklung und Umsetzung sinnvoller Prozesse. Aber sie ist unabdingbar, damit KI-Systeme überhaupt eingesetzt werden können.

Clinomic hat es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, aktiv die digitale Transformation des Gesundheitswesens mitzugestalten. Für Gründer und CTO Dr. Peine harmonieren Mensch und Computer dann gut, wenn beide ihre Stärken ausspielen – die Behandlung und Versorgung auf der einen und die analytische Datenauswertung für intelligente Prognosen und Vorhersagen auf der anderen Seite.

Für Dr. Strapatsas wird das Krankenhaus der Zukunft aber gar nicht so offensichtlich mit KI-Systemen ausgestattet sein, wie man gemeinhin vielleicht denkt:

"Meine Sorge ist, dass Digitalisierung nicht adäquat zu Ende gedacht wird."

Dr. med. Tobias Strapatsas, Facharzt für Innere Medizin, Klinische Akut- und Notfallmedizin, Asklepios Klinikum Hamburg Harburg (bis Juni 2023 Städtische Kliniken Mönchengladbach)

"Wenn KI als ein großes System verstanden wird, welches Entscheidungen trifft oder Röntgenbilder befundet, dann glaube ich, werden wir solche Anwendungen haben", so der Leiter der zentralen Notaufnahme. "Ich glaube aber nicht, dass diese die große Mehrheit sein werden. Die große Mehrheit an KI-Anwendungen wird an relativ vielen Punkten stecken, an denen wir sie gar nicht wahrnehmen werden", so Strapatsas weiter.

Auch in Ried sieht man den Möglichkeiten, die die Digitalisierung und KI mit sich bringen, positiv entgegen. "Mein Team und ich sind sehr affin, was digitale Lösungen betrifft", sagt Dr. Halabi. HAIDI wird also sicher nicht das letzte Assistenzsystem sein, das dort eingesetzt wird.