Wie lassen sich Künstliche Intelligenz (KI) und roboterassistierte Telechirurgie im OP dazu nutzen, medizinisches Personal zu unterstützen und die Versorgung von Patienten zu verbessern? Das herauszufinden, ist Ziel des Projekts DAIOR.
Im Forschungsprojekt DAIOR (Distributed Artificial Intelligence for the Operating Room) arbeitet das Fraunhofer IPA gemeinsam mit Partnern daran, einen Operationssaal der Zukunft zu realisieren. Dabei sollen chirurgische Daten aus multimodalen Quellen mit KI-Methoden kontinuierlich analysiert werden, um Operationen in Echtzeit zu unterstützen.
Die Analyse von Daten, Optimierung von Workflows und die Nutzung von Erfahrungswerten aus früheren Operationen soll dazu genutzt werden, Algorithmen zu trainieren. Ziel ist es, dass KI den Mitarbeitenden in der Klinik in Echtzeit und standortunabhängig dabei helfen kann, die Versorgung der Patienten und Patientinnen zu verbessern. In dem interdisziplinären Konsortium mit Fachkompetenzen aus Medizin und Technik arbeiten das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA zusammen mit dem Institute of Image-Guided Surgery (IHU) in Strasbourg und dem Bosch Digital Innovation Hub (KTBW) am Bosch Health Campus (Stuttgart). Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.
Medizinische Daten ortsunabhängig nutzbar machen
Bislang lassen sich medizinische Daten oft nur dort nutzen, wo sie erzeugt werden. Behandlungen sind standortabhängig, da es im Gesundheitswesen kaum Möglichkeiten zum Datenaustausch gibt. Auch verschiedene Formate der Daten wie Bilder, Texte und Videos sind herausfordernd. Denn dadurch wird es komplizierter, Zusammenhänge zu erkennen und für die Patienten-Behandlung zu nutzen. Damit das nicht so bleibt, werden in dem Forschungsprojekt KI-Modelle mit verteilten Lernansätzen mit dem lokal verfügbaren Wissen trainiert.
„Das Wissen kann so anderweitig verwendet werden, ohne dass sensible Daten den jeweiligen Standort verlassen“, sagt Johannes Horsch, Leiter Medizintechnische Assistenzsysteme am Fraunhofer IPA. So werde verteiltes Wissen gebündelt und ortsunabhängig verfügbar gemacht. „Durch die Methoden des föderalen Lernens können in DAIOR Trainingsdaten aus verschiedenen Standorten, sogar über Ländergrenzen hinweg genutzt werden, während die Daten an den Standorten verbleiben und so gleichzeitig der Schutz für die Daten von Patientinnen und Patienten sichergestellt ist“, so Horsch.
KI für roboterassistierte Telechirurgie
Das Fraunhofer IPA und das IHU Strasbourg arbeiten bereits seit 2022 im Gemeinschaftsprojekt „5G-OR“ zusammen. Die dort implementierte 5G-Infrastruktur kommt zum Einsatz, um Operationen aus der Ferne durchzuführen. Im Rahmen des Projekts DAIOR wird ein KI-Modell für die ortsübergreifende roboterassistierte Telechirurgie entwickelt. Es soll Verzögerungen in der Datenkommunikation auf beiden Seiten kompensieren, indem es die darauffolgenden Schritte voraussagt. „Das funktioniert ähnlich wie unser Gehirn“, so Horsch. Das menschliche Gehirn berechne ständig unmittelbar mögliche Szenarien. Genauso agiere auch die KI. Für ihre Berechnung wird die KI kontinuierlich in Echtzeit mit Daten versorgt. So ist sie dem Forscher zufolge in der Lage, die nächsten Schritte vorherzusagen und Operateurinnen und Operateuren zu assistieren.
Meilenstein in der Versorgung
Mit dieser roboterassistierten Telechirurgie könnten schon bald Operationen standortunabhängig über das Internet durchgeführt werden. Auf diese Weise wäre es dann möglich, freie OP-Kapazitäten flexibel zu nutzen, sodass Operationen schneller durchgeführt und Patienten besser medizinisch versorgt werden könnten. Horsch ist überzeugt: „Das ist ein Meilenstein in der Versorgung von Patienten, besonders in der Notfallmedizin, bei der es oft auf Sekunden ankommt, beispielsweise bei einem Herzinfarkt oder Schlaganfall.“