TK: Sprechen wir beim Thema "KI im Krankenhaus" von Revolution oder Evolution?

Lukas Kohout: Ein Stück weit von beidem. Evolution, da KI-Systeme in anderen Lebensbereichen bereits sehr weit vorgedrungen sind und mittlerweile zum Alltag zählen (Bsp. Sprachassistenten, Navigation, etc.). Revolution, weil sowohl die Entwicklung als auch der Einsatz von KI im Gesundheitswesen im Allgemeinen sehr großen Einfluss auf bestehende und bisher sehr starre Strukturen, bspw. beim Datenaustausch über verschiedene Einrichtungen hinweg, haben wird und muss. Hier ist das deutsche Gesundheitswesen bisher sehr träge.

Lukas Kohout

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Informatiker auf dem Gebiet der medizinischen Informationstechnik am FZI Forschungszentrum Informatik in Karlsruhe

TK: Wie kann Künstliche Intelligenz Operationen im Krankenhaus verbessern?

Operationen im Krankenhaus können durch KI auf verschiedenen Ebenen verbessert werden. Lukas Kohout

Kohout: Operationen im Krankenhaus können durch KI auf verschiedenen Ebenen verbessert werden. Ein Ansatzpunkt ist dabei bereits die Planung und OP-Vergabe zu optimieren und auch kontinuierlich dynamisch an den aktuellen Verlauf anzupassen. Dafür muss bereits im Vorfeld auch ein hoher Anteil an Unsicherheiten wie bspw. Notfälle berücksichtigt werden. Gleichzeitig können laufende Operationen analysiert und Verzögerungen oder auch Zeiteinsparungen möglichst frühzeitig erkannt und entsprechend die weitere Planung angepasst werden.

Über den Verlauf vergangener Pläne und Operationen kann eine KI die Zusammenhänge lernen und zukünftige Planungen und Prognosen optimieren. Durch die damit erreichbare verbesserte Verteilung der OP-Kontingente können somit sowohl unerwünschte Effekte wie Überstunden der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter vor allem in Schichtübergabezeiten und damit verbundene Qualitätseinbußen aufgrund von Übermüdung oder Wartezeiten für Patienten und Patientinnen vermieden und gleichzeitig die verfügbaren Krankenhaus-Ressourcen effizienter ausgenutzt werden.

KI unterstützt die Dokumentation. Dadurch werden erhebliche zeitliche Ressourcen der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter freigesetzt. Lukas Kohout

Ein weiterer Ansatzpunkt betrifft die Durchführung der Operation selbst. Mit Hilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz können bspw. relevante Strukturen, z. B. Tumore, für den Operateur und die Operateurin deutlicher dargestellt oder in Kombination mit robotischen Systemen noch präzisere Operationsschritte durchgeführt werden.

Ein letzter Punkt, den ich hier gerne nennen würde, betrifft die Unterstützung des OP-Teams bei der Dokumentation. Medizinerinnen und Mediziner müssen den Verlauf der Operation in immer höherem Detailgrad dokumentieren. Dies bindet Personal und ist bei händischer Erfassung außerdem oftmals fehlerbehaftet. KI ermöglicht hier die relevanten Parameter, z. B. der Zeitpunkt bestimmter OP-Abschnitte oder Verlaufsdaten der Vitalparameter des Patienten oder der Patientin, automatisiert zu erfassen und aufzuzeichnen. Dadurch werden erhebliche zeitliche Ressourcen der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter freigesetzt.

Die Einsatzmöglichkeiten sind also extrem vielfältig und wir befinden uns bei der Entwicklung und vor allem der Integration solcher Systeme im Krankenhaus erst am Anfang.

TK: Wie unterscheiden sich der herkömmliche Operationssaal und der OP-Saal mit KI? 

Kohout: Ich denke, hier muss man zunächst losgelöst von den eigentlichen Räumlichkeiten denken. In Zukunft werden immer mehr Informationen mit in die Operationen und deren Vorbereitung einfließen. Das heißt, der gesamte Prozess beginnt lange vor Durchführung der OP selbst. Deshalb ist meiner Meinung nach die Vernetzung und Integration möglichst vieler, für die Behandlung der Patientinnen und Patienten relevanter Datenquellen, eine der wichtigsten Aufgaben für zukünftige Entwicklungen. Aktuell bestehen viele Insellösungen, die nicht oder nur mit viel Aufwand zusammenarbeiten können.

So ist es heute bspw. häufig noch nicht möglich, eine durchgängig digitale Überleitung von Patientinnen und Patienten aus der Häuslichkeit über den Hausarzt oder die Hausärztin oder aus den Pflegeeinrichtungen ins Krankenhaus und wieder zurück durchzuführen. Dadurch müssen oftmals Informationen über Krankheits- und Behandlungsverläufe mehrfach erfasst werden, was auch zum Verlust wichtiger Details führen kann. Solche Daten können aber auch hohe Relevanz für KI-Systeme haben, die bei der OP-Planung und -Durchführung eingesetzt werden sollen, und stehen dann unter Umständen nicht zur Verfügung.

Natürlich wird sich aber auch der OP-Saal selbst verändern. So wird mehr Sensorik zur Erfassung des aktuellen OP-Geschehens notwendig sein. Dadurch können bspw. Instrumente und Materialien getrackt und somit vor Ende der OP festgestellt werden, ob alle verwendeten Materialien wieder aus der Patientin oder dem Patienten entfernt wurden. Weiterhin wird es mehr Möglichkeiten zur automatisierten Adaption des Raums an die laufende OP geben. Somit kann die Beleuchtung automatisch an die aktuelle Situation angepasst werden oder die momentan relevanten Informationen (z. B. passende Röntgenbilder) am Bildschirm angezeigt werden, ohne dass ein Mitarbeiter oder eine Mitarbeiterin dies händisch vornimmt.

Weiterhin wird mehr Automation Einzug in den OP-Saal erhalten.So könnten zukünftig Endoskopbilder automatisch ausgewertet und durch digitale Inhalte, welche den Operateur oder die Operateurin unterstützen, erweitert werden. Als letztes Beispiel sehe ich auch vermehrt robotische Systeme im Einsatz. Dies kann zur Erhöhung der Präzision der Operateurin bzw. des Operateurs, zur automatisierten Anreichung von Instrumenten oder auch per Remote-Steuerung, bei der der Operateur oder die Operateurin nicht selbst vor Ort ist, erfolgen. Manche Aufgaben, wie der Verschluss von Wunden, könnten in zukünftigen Szenarien evtl. sogar komplett automatisiert erfolgen.
Dies sind nur einige Beispiele. KI und Automatisierung können auf vielfältige Art und Weise im OP-Umfeld unterstützen. 

TK: Welche Patientinnen und Patienten werden davon am meisten profitieren?

Durch das breite Spektrum an möglichen Einsatzszenarien von KI können alle Patientinnen und Patienten gleichermaßen profitieren. Lukas Kohout

Kohout: Durch das breite Spektrum an möglichen Einsatzszenarien von KI können alle Patientinnen und Patienten gleichermaßen profitieren. Sei es durch bessere Terminierung von Operationen, durch verbesserte und schnellere Operationsmöglichkeiten oder durch optimierte Nachbehandlung und Rehabilitation basierend auf dem Krankheits- und Operationsverlauf. 

TK: Wie ist KI im Krankenhaus eingebettet in eine vernetzte digitale Versorgung insgesamt - innerhalb der Klinik, aber auch darüber hinaus mit Arztpraxen oder anderen Gesundheitsberufen?

Kohout:  Wie in den Antworten zuvor bereits angedeutet, gibt es bei der digitalen Versorgung in Deutschland noch einige Baustellen. Daten aus unterschiedlichen Einrichtungen werden nur sehr selten digital nutzbar zur Verfügung gestellt oder gar verarbeitet. Dies erschwert auch den Einsatz und auch schon die Entwicklung von KI-Systemen. Zwingend benötigte Daten stehen dabei oftmals nicht oder nicht in der gewünschten Qualität und Quantität zur Verfügung. Andere Länder, bspw. in Skandinavien, sind da bzgl. digitaler Patientenakte und vernetzter Infrastrukturen schon wesentlich weiter.

Innerhalb einzelner Einrichtungen werden die anfallenden Daten zwar inzwischen zumeist digital erfasst, aber nur sehr selten auch für KI-Methoden genutzt oder für weitere Einrichtungen verfügbar gemacht.

TK: Wo liegen aus Ihrer Sicht die größten Hindernisse beim Einsatz von KI im Krankenhaus bzw. im Gesundheitswesen insgesamt?

Kohout: Ich sehe hier zwei wesentliche Aspekte, die Hindernisse beim Einsatz von KI im Gesundheitswesen darstellen. Einerseits technische Hindernisse, wie die zuvor genannte fehlende Vernetzung und der Mangel an offenen, funktionierenden Schnittstellen bestehender Systeme und Infrastrukturen. Bestehende Schnittstellen sind aktuell entweder komplett proprietär oder nur durch hohen Aufwand und Kosten nutzbar. Dies führt zu einer schlechten Datenlage für die Entwicklung der Systeme.

Für uns als Technikexperten und -expertinnen sind für die Entwicklung von wissensbasierten Systemen die Kenntnisse über die medizinischen Hintergründe wichtig, diese können wir nur über Expertinnen und Experten auf dem jeweiligen Gebiet erhalten. Eine datengetriebene Entwicklung, die auch häufig bei der KI-Entwicklung eingesetzt wird, benötigt möglichst viele und gleichzeitig möglichst diverse Daten aus dem zu adressierenden Kontext. Beides ist in der Realität oftmals nur schwer zu erheben.

Der zweite Aspekt betrifft die Akzeptanz von KI bzw. das Vertrauen in KI-Systeme. Wir stoßen häufig auf große Skepsis und Unverständnis gegenüber KI-Systemen. Hier helfen Transparenz über die Funktionsweise des jeweiligen Systems sowie das Aufzeigen deutlicher Mehrwerte bei dessen Einsatz. Außerdem ist ein wesentlicher Akzeptanzfaktor eine möglichst einfache Handhabbarkeit und hohe funktionelle Robustheit. Die Systeme dürfen den bisherigen Arbeitsalltag nicht "stören". Wichtig ist immer eine Ergänzung und Arbeitserleichterung durch die KI-Systeme und kein Mehraufwand für die Nutzenden.

Zur Person:

Lukas Kohout studierte Informatik am Karlsruher Institut für Technologie. Seit 2016 arbeitet er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am FZI Forschungszentrum Informatik im Bereich "Embedded Systems and Sensors Engineering" (ESS) in der Abteilung "Medizinische Informationstechnik" (MIT), wo er 2019 die stellvertretende Abteilungsleitung übernahm.

Seine Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich der sensorischen Umfelderfassung und insbesondere der Situations- und Handlungserkennung mittels künstlicher Intelligenz. Die Anwendungsfelder seiner Forschungen liegen dabei hauptsächlich im medizinischen Umfeld, bspw. in der Pflege oder im Operationssaal. Hierbei liegt sein Fokus stets auf der Unterstützung von Menschen mit Hilfe von technischen Innovationen.