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Künstliche Intelligenz in der Medizin umsetzen

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Mit Best-Practice-Demonstratoren und kliniknahen Entwicklungsmethoden wollen Forscher Künstliche Intelligenz (KI) in den Klinikalltag überführen.

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Kliniknahe Entwicklungsmethoden: Aufbau zum Training und zur Validierung einer KI für die autonome Navigation eines Führungsdrahts.
Kliniknahe Entwicklungsmethoden: Aufbau zum Training und zur Validierung einer KI für die autonome Navigation eines Führungsdrahts.
(Bild: Fraunhofer IPA/Foto: Vanessa Stachel)

Mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) können Maschinen in komplexen Situationen automatisch analysieren, entscheiden oder steuern. Auch Medizingeräte können mit intelligenten Methoden automatisiert werden. Ohne den Einsatz von KI erscheint heute jedoch eine Automatisierung von Medizingeräten in den meisten klinischen Anwendungen kaum möglich.

Der Grund liegt in der natürlichen Vielfalt des menschlichen Organismus, seiner Verletzlichkeit und der komplexen Biologie des menschlichen Körpers. Der Mensch beherrscht diese Komplexität und Variabilität. Er fällt Teilentscheidungen und regelt Elemente im medizinischen Prozess, seine Ressourcen können jedoch durch die Hilfe von intelligenten Maschinen deutlich erweitert werden. Automatisierung durch KI-Systeme wird daher heute als technischer Schlüssel für eine zukünftige effiziente Präzisionsmedizin betrachtet.

Algorithmen, Speicher und Rechenleistung

Trotz der Erwartungen stehen außer in wenigen diagnostischen Anwendungen, beispielsweise der Radiologie und Dermatologie, nur vereinzelte, eingeschränkte KI-Anwendungen vor dem Einsatz in der klinischen Anwendung. Die Möglichkeiten der KI im Einsatz für die Steuerung medizintechnischer Geräte und Instrumente bleiben heute in der klinischen Praxis noch weitgehend unerschlossen.

Dabei stehen KI-Softwarebibliotheken und Algorithmen, eine ausreichende Speicherkapazität und die notwendige Rechnerleistung bereits zur Verfügung. Hinzu kommen eine leistungsfähige Messtechnik und bezahlbare Computertechnik zusammen mit neuen Materialien, Antriebskonzepten, aber auch neuen klinischen Ansätzen.

Komplexe Abläufe und Trainingsdaten

Mit KI können Maschinen Ärzte selbst bei kritischen Aufgaben und der Steuerung komplexer Abläufe in der Klinik unterstützen. Zu den entscheidenden Punkten der KI-Anwendung für Medizinprodukte zählt der Zugang zu Trainingsdaten. Denn lernfähige KI-Systeme für intelligente Geräte und Instrumente sollen mit großen Datenmengen trainiert werden, die valide sind. Das bedeutet, die Daten stellen die Realität mit einer ausreichenden Genauigkeit dar und sind im Hinblick auf das berechnete Ergebnis überprüfbar.

Ausreichend große Datenmengen für medizintechnische Anwendungen lassen sich nur im klinischen Alltag oder in extrem realitätsnahen Szenarien und Simulationen gewinnen. Hier scheitern in den meisten Fällen die Entwicklungen von KI-Systemen in der Medizin, der Aufwand ist zu groß. ANIMMED bietet Best-Practice-Demonstratoren und kliniknahe Entwicklungsmethoden. Anhand von drei Demonstratoren für medizintechnische KI-Systeme evaluiert ANIMMED die eigene KI-Entwicklungsmethodik und nutzt gleichzeitig die Ergebnisse als Referenzprojekte.

Die enge Vernetzung der Partner und deren Lage auf dem Campus der Universitätsmedizin Mannheim (UMM) bietet dafür ein optimales Ökosystem: Die Mediziner und die Einrichtungen der UMM, das Heinrich-Lanz-Zentrum (HLZ) als Spezialist für die Datengewinnung aus klinischen Quellen und die Fraunhofer-Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie PAMB mit ihrer Erfahrung als KI-Anwendungsentwickler und Betreiber des Mannheimer Medical Transfer Centers M2TC, bilden als etablierte, vernetzte Struktur die Grundlage für eine zügige operative Projektdurchführung.

Anwendungszentrum für Intelligente Maschinen in der Medizintechnik

Der Aufbau des Entwicklungs- und Anwendungszentrums für Intelligente Maschinen in der Medizintechnik (ANIMMED) in den vorhandenen Einrichtungen der Fraunhofer-Projektgruppe und des HLZ fördert den Einsatz von KI für die Medizintechnik. Auf dem Gelände des Universitätsklinikums Mannheim unterstützt ANIMMED Medizintechnikunternehmen bei der Entwicklung, dem Training und der Adaption von KI-Anwendungen für intelligente medizinische Geräte und Instrumente.

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