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Medizin

„Wir wollen Prozesse umdenken und losgelöst von bisherigen Limitationen digital gestalten“

Montag, 13. Mai 2019

Heidelberg – In der Medizin fallen immer größere Datenmengen an, die Mediziner auswerten müssen. Um diesen Prozess zu vereinfachen, wurden am Universitätsklinikum Heidelberg 2013 das Institut für „Computational Cardiology“ und 2018 das Forschungs­cluster „Informatics for Life“ gegründet. Die Verknüpfung von Informatik, Mathematik und Medizin verfolgt das Ziel, Computerwissenschaften in die Erforschung und Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu integrieren. Die Heidelberger Forscher wollen die Kardiologie in das digitale Zeitalter befördern und eine personalisierte Medizin auf Basis von künstlicher Intelligenz (KI) aufbauen. In einem nächsten Schritt soll nun ein digitales Herzzentrum folgen.

Fünf Fragen an Benjamin Meder, stellvertretender Ärztlicher Direktor der Klinik für Kardiologie, Angiologie und Pneumologie am Universitätsklinikum Heidelberg.

DÄ: Das „Klaus Tschira Institute for Integrative Computational Cardiology“ hat 2013 den Betrieb aufgenommen. Was hat sich seitdem in dieser Abteilung getan? 
Benjamin Meder: Mit dem Institut für „Computational Cardiology“ wollten wir dem hohen Bedarf für die Bioinformatik in der molekularen Kardiologie gerecht werden und die Forschung beschleunigen. Dabei steht nicht die IT für das Krankenhaus im Vordergrund. Stattdessen entwickeln wir Verfahren zur Erkennung von Ursachen von Herzerkrankungen auf molekularer Ebene. Es arbeiten derzeit mehr als 20 Experten aus den Bereichen der Informatik und Bioinformatik zusammen mit unseren Molekularbiologen und Ärzten an neuen Lösungen für die Diagnostik und Therapie zum Beispiel von Kardiomyo­pathien und Herzschwäche. 2018 haben wir nun das Konzept „Informatics for Life“ mit der Klaus-Tschira-Stiftung ins Leben gerufen. Hier sind mehr als 80 Wissenschaftler daran, Lösungen für eine Patientenversorgung der Zukunft zu entwickeln.

DÄ: Welche Softwarelösungen konnten bereits entwickelt werden, die Herz-Kreislauf-Patienten neue Therapieoptionen eröffnen? 
Meder: Ein Beispiel für eine gute Kooperation ist die gemeinsame Entwicklung einer Herzschwäche-Simulation zusammen mit der Firma Siemens Healthineers. Dabei konnte das Team von den molekularen Abläufen bis zu KI-basierten Algorithmen viele Aspekte der Erkrankung erforschen und für zukünftige Anwendungen in der Medizin vorbereiten.

So werden zum Beispiel klinische Daten mittels KI-basierter Algorithmen in 4-dimen­sionale Modelle des Herzens überführt. Bisher haben wir mehr als 100 persönliche Herzsimulationen (Digital Twin) erstellt und bei 30 die Reaktion auf eine Therapie (Cardiale Resynchronisationstherapie, CRT) im Rahmen einer prospektiven Studie simuliert. Die Arbeiten wurden in mehr als 10 wissenschaftlichen Arbeiten publiziert, noch kommt der digitale Herzzwilling aber nicht in der Praxis zum Einsatz.

Ein ähnlich ambitioniertes Ziel verfolgt das „Living Heart“-Projekt des französischen Softwareentwicklers Dassault Systèmes bereits seit 2013. Er konnte ein digitales, allerdings noch nicht personalisiertes Herz entwickeln, das seit Ende 2017 über die 3-D-Experience-Plattform in der Cloud verfügbar ist.

DÄ: Wobei sind KI-basierte Systeme dem Arzt schon jetzt deutlich überlegen und wie gut akzeptieren Ärzte diesen Vorteil?
Meder: Einige KI-Systeme in der bildgebenden Diagnostik, beispielsweise „AI Rad Companion“ (Siemens Healthineers) und „Illumeo“ (Philips), machen heute schon komplexe Vorauswertungen, die der Arzt schnell und einfach überprüfen kann und ihm somit Zeit sparen. 

Derzeit sind aber vor allem Anwendungen aus dem Bereich „Narrow AI“, also KI mit sehr fokussierten Aufgabenstellungen, in der Klinik angekommen. Eine Herausforderung ist noch, dass klinische Systeme streng kontrolliert werden müssen und der Arzt ein gutes Verständnis braucht, wie ein Computeralgorithmus zur Aussage kommt. Dies ist bei KI-Systemen teilweise noch unklar, weshalb ein ganzer Forschungszweig entstanden ist: „Erklärbare KI“ oder auch „transparente KI“. Das Vertrauen von Medizinern wird fundamental von der Transparenz und natürlich der Leistungsfähigkeit bestimmt sein. 

DÄ: Ein digitales Herzzentrum ist in Heidelberg derzeit in der Planung. Wann soll es den Betrieb aufnehmen? 
Meder: Der Direktor der Klinik für Kardiologie, Angiologie und Pneumologie, Hugo Katus, hatte vor 3 Jahren die Vision eines zukunftsweisenden Herzzentrums. 2024 ist die geplante Fertigstellung dieses digitalen Herzzentrums in Heidelberg, das etwa 180 Ärzte beschäftigten soll. Derzeit befinden wir uns in der intensiven Planungsphase. Uns geht es dabei um die Abläufe in Diagnose und Behandlung, alles soll überdacht und schon im Voraus optimiert werden. Das fängt bei dem Ablauf einer Stationsvisite an, der Kommunikation aller Disziplinen, der automatischen Erkennung von Problemen (z. B. intelligente Hygienekonzepte) und der Schaffung eines stressfreien Umfelds für die Patienten. „Informatics for Life“ und „Computational Cardiology“ werden integraler Bestandteil dieses Zukunftskonzeptes sein.

Ich selber sehe viele IT-Projekte in Krankenhäusern, die sich sehr schwer tun, weil sie versuchen, Prozesse 1 zu 1 digital umzusetzen. Wir wollen weit verbreitete schlechte Prozesse in der Medizin nicht digitalisieren, um dann schlechte digitale Prozesse zu haben. Wir wollen Prozesse umdenken und losgelöst von bisherigen Limitationen digital gestalten. Erst so entsteht ein enormes Potenzial für die Medizin. Denn in einem Krankenhaus werden viele Prozesse Tausende Male pro Jahr durchlaufen.

DÄ: Welche Relevanz wird klinische Datenintelligenz in Zukunft in der Medizin und speziell in der Kardiologie haben?
Meder: Um komplexe Abläufe bei Herzerkrankungen besser zu verstehen und zu behandeln, brauchen wir Ärzte in Zukunft digitale Assistenten. Sie werden individuelle Daten mit der wissenschaftlichen Sachlage verknüpfen und den Verlauf beim Patienten vorhersagen.

Die Fähigkeiten von KI-Systemen sind besonders hervorzuheben in der Klassifikation von Bilddaten, die wir in der Kardiologie sehr oft bei unseren Patienten generieren. Dabei hat jede Diagnostik (Echokardiografie, MRT, CT, Herzkatheter, EKG, Biomarker inklusive Genetik) ihre individuellen Vorzüge, weshalb diese „Modalitäten“ oft kombiniert werden müssen. Die Integration dieser Modalitäten kann vom einzelnen Arzt kaum noch geleistet werden oder berücksichtigt eben nur einen Bruchteil der enthaltenen Informationen. Hier müssen wir mit KI-Systemen ansetzen, dem Arzt wertvolle Zeit verschaffen, in der er mit dem Patienten spricht, und die Qualität über alle Bereiche auf ein Expertenniveau anheben. © gie/aerzteblatt.de

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