Künstliche Intelligenz in der Medizin

Die digitale Transformation verändert rasant das Gesundheitswesen. In Kliniken, Krankenhäusern und Arztpraxen sind die digitale Patientenakte, intelligente Systeme und KI in der Medizin auf dem Vormarsch, die Ärztinnen und Ärzte bei der Diagnose oder als Roboterassistenten im OP unterstützen. Die digitale Vernetzung von Patientendaten ermöglicht individualisierte und optimierte Behandlungsprozesse. In der Zukunft wird uns digitale Medizin zur Nachsorge und Therapie auch zu Hause begleiten. Gesundheits-Apps und Smart Wearables, die z.B. den Puls messen und die täglichen Schritte zählen, sind für viele Menschen bereits Teil des Alltags. Sie können viel mehr als nur ein Lifestyle-Produkt, denn sie befähigen Patientinnen und Patienten die eigenen Gesundheitsdaten zu tracken und Therapien durchzuführen.

Am Fraunhofer IKS forschen wir zu folgenden Themen, mit besonderem Fokus auf die Entwicklung vertrauenswürdiger KI-basierter Systeme in sicherheitskritischen Bereichen wie dem Gesundheitswesen:​

• Optimierung der Patient Journey: vom Screening über die Diagnose bis zur Behandlung und Nachsorge ​
• Klinische Entscheidungsfindung mittels kausaler Inferenz
• Roboterassistierte Krankenhäuser​
• Medizinische Bildgebung und Diagnostik ​
• Ressourcen-Management im Krankenhaus​
• Predictive Maintenance von Medizingeräten​
• Optische Qualitätsprüfung von medizinischen Geräten​
• Praktische Anwendungen von Quantencomputing in der Medizin​

Durch die Analyse von Bilddaten kann Künstliche Intelligenz bei der medizinischen Diagnostik unterstützen. Basierend auf bereits existierenden Bilddaten und damit verbundenen Diagnosen werden von der KI Muster im Bild erkannt, die Krankheitsbildern zugeordnet werden. Die Analyse und Verfügbarkeit großer Datenmengen macht es möglich, pathologische Veränderungen im Bild schnell und zuverlässig zu erkennen, Therapien individuell auf den Patienten anzupassen und Prognosen zum weiteren Krankheitsverlauf abzugeben.

Wir arbeiten darüber hinaus an praxisnahen Einsatzpotentialen der Quantentechnologie in der Medizin. Mehr Informationen dazu finden Sie auf unserem Blog.

Robotik im OP-Saal ist alles andere als Science-Fiction. Schon heute finden Roboter-Assistenten Anwendung bei verschiedensten Operationen oder auch in der Krankenhauslogistik bei der Verteilung von Medikamenten. Die Robotik ermöglicht eine höhere Präzision, eine bessere Visualisierung sowie ein minimalinvasives Vorgehen bei Operationen.

Um die Sicherheit von Anwenderinnen und Anwendern digitaler Gesundheitsdienste zu gewährleisten, sind ganzheitliche Sicherheitskonzepte erforderlich. Intelligente Systeme sammeln und kombinieren Daten und treffen darauf basierend Entscheidungen. 

Dieser Entscheidungsprozess wird durch zwei Faktoren erschwert:

• Verfügbarkeit der Daten: Künstliche Intelligenz wird anhand von aufbereiteten Datensätzen trainiert, um Muster erkennen zu können. Im Gesundheitswesen sind diese Daten teilweise kaum verfügbar, z.B. in der Diagnose von seltenen Krankheiten.
  
• Intransparenz und Nachvollziehbarkeit von KI-Entscheidungen: Komplexe KI-Algorithmen und deren Entscheidungen können beispielsweis in der Diagnostik durch Fachpersonal nur schwer überprüft werden, weil nicht klar ist, welche Daten für die Entscheidung grundlegend sind.
  

Falschdiagnosen und -prognosen stellen ein großes Risiko bei der Anwendung kognitiver Systeme in der Medizintechnik dar. Wir am Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS forschen daran, intelligente kognitive Systeme verlässlich und sicher zu machen.

Unsere Forschung umfasst mehrere Schwerpunkte:

• Absicherung der Wahrnehmung (Perzeption) von kognitiven Systemen in der Medizin
• Dynamische Sicherheitsnachweise digitaler Gesundheitsdienste
• Bestimmung von Unsicherheiten (Uncertainty Estimations) des KI-Outputs
• Erklärbarkeit und Nachvollziehbarkeit kognitiver Systeme
• Anwendung von Quantencomputing in der Medizin