KI für den Operations­saal

Der Operationssaal der Zukunft denkt mit Künstlicher Intelligenz (KI) und arbeitet mit Roboter-assistierter Telechirurgie. Dabei analysieren lernende Algorithmen die chirurgischen Daten und unterstützen das Operationsteam in Echtzeit.

Algorithmen brauchen Training. Die Analyse von Daten, Optimierung von Workflows und die Nutzung von Erfahrungswerten aus früheren Operationen bilden die Grundlage, um Künstlicher Intelligenz im OP zu ihrem Namen zu verhelfen. Um im Sportjargon zu bleiben: 

Das KI-Training ist in den meisten Fällen nur auf heimischem Boden möglich. Denn die Nutzung medizinischer Daten ist auf den Standort der Behandlung begrenzt. Und das macht die Idee von Datenpools schwierig.

Eine weitere Herausforderung sind die verschiedenen Formate der Daten wie Bilder, Texte und Videos. Diese erschweren es, Zusammenhänge zu erkennen und für die Behandlung von Patientinnen und Patienten zu nutzen. Damit das nicht so bleibt, werden im Projekt DAIOR KI-Modelle mit dem lokal verfügbaren Wissen trainiert. 

Auf diese Weise kann KI dem klinischen Personal in Echtzeit und standortunabhängig helfen, die Versorgung der Patienten und Patientinnen zu verbessern. In dem interdisziplinären Konsortium arbeiten das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA zusammen mit dem Institute of Image-Guided Surgery (IHU) in Straßburg und dem Bosch Digital Innovation Hub (KTBW) am Bosch Health Campus (Stuttgart). Das Akronym DAIOR ist die Abkürzung für „Distributed Artificial Intelligence for the Operating Room“: Lokales Wissen als ortsübergreifende Trainingsdaten für KI-Modell.

Daten ohne Migration verfügbar machen

„Gesammeltes 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. Die Zusammenarbeit zwischen Fraunhofer IPA und dem IHU Strasbourg ist durch das seit dem Jahr 2022 laufende Gemeinschaftsprojekt „5G-OR“ bereits erfolgreich etabliert.

Operieren aus der Ferne

Für die ortsübergreifende Roboter-assistierte Telechirurgie wird in DAIOR ein KI-Modell entwickelt, das Verzögerungen in der Datenkommunikation auf beiden Seiten kompensieren kann, indem es die darauffolgenden Schritte voraussagt. „Das funktioniert ähnlich wie unser Gehirn“, erklärt Horsch. „Unser Gehirn berechnet ständig alle möglichen Szenarien. Genauso agiert auch die KI.“ Diese werde kontinuierlich in Echtzeit mit Daten versorgt und sei daher in der Lage, die nächsten Schritte vorherzusagen und Operateurinnen und Operateuren zu assistieren.

Mit dieser Roboter-assistierten Telechirurgie könnten schon bald Operationen standortunabhängig über das Internet durchgeführt werden. Damit wird es möglich, freie OP-Kapazitäten flexibel zu nutzen: 

Operationen können schneller durchgeführt und Patienten besser medizinisch versorgt werden. „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“, so Horsch. Außerdem kommt den Patienten zugute, dass das klinische Personal mehr Zeit für die Behandlung zur Verfügung hat. Neben dem Gemeinschaftsprojekt „5G-OR“ ist DAIOR bereits die zweite Kooperation zwischen Fraunhofer IPA und IHU Strasbourg. DAIOR läuft bis 30.6.2027.

Quelle: ÖKZ, 64. JG, 11/2023, Springer-Verlag.