Chirurgie – Ein Blick in die Zukunft

Die im Science-Fiction Bereich angesiedelten Prognosen ‚vom Aufstieg der Maschinen‘ und den romantischen Visionen eines nahezu humanisierten Droiden beiseite schiebend, werfen wir hier einen Blick auf die aktuellen und zukünftigen Anwendungen von künstlicher Intelligenz (KI), virtueller Realität (VR) und maschinellem Lernen in der Chirurgie sowie die vielleicht praktischste aktuelle technische Anwendung: Erweiterte Realität (ER).

By
Rebecca
Ghani

In Großbritannien hat das Royal College of Surgeons einen unabhängigen Ausschuss zur Erforschung der Zukunft der Chirurgie ins Leben gerufen1, dessen Ziel es ist, eine ‚überzeugende und glaubwürdige Vision der zukünftigen Fortschritte in Medizin und Technologie darzulegen und dabei die Auswirkungen dieser Entwicklungen auf die Bereitstellung der chirurgischen Versorgung zu berücksichtigen‘. Zusätzlich zu den oben genannten Themen beschäftigen sich die Mitglieder des Ausschusses mit Fortschritten in der chirurgischen Innovation, einschließlich minimalinvasiver Chirurgie, ER / VR, Genomik, 3-D-Druck sowie Robotik.

HIMSS Insights sprach mit einem Mitglied des Gremiums „Zukunft der Chirurgie“, Dr. Nadine Hachach-Haram, Assistenzärztin für plastische Chirurgie und ehrenamtliche Dozentin. Sie ist Mitbegründerin der medizinprodukteagnostischen ER-Plattform Proximie, die es Ärzten ermöglicht, virtuell mit Kollegen zu arbeiten. Insights sprach auch mit Professor Kaspar Althoefer, Direktor für Fortgeschrittene Robotik an der Londoner Queen Mary Universität, und mit Peter Wells, Leiter der Strategieabteilung des Open Data Institutes (ODI).

Tech: Der richtige Weg    

„Wir wollen keine Technik, die einfach nur cool und aufregend ist - wir wollen Technik, die hier und jetzt und in Zukunft von Bedeutung ist", findet Hachach-Haram und betont, wie wichtig es ist, dass die Patientenbedürfnisse die Technologie antreiben und nicht umgekehrt: „Wir sind an vorderster Front und kennen die Probleme. Wir wollen Technologie einsetzen, die diesen Unterschied ausmachen wird; die uns hilft, unsere Patienten optimal zu versorgen. Eine bessere Erfahrung, eine bessere Patientenreise – das ist, was zählt.“ Dabei kommt eine effizientere, bessere Technik auch dem Chirurgen zugute – sie rationalisiert die Prozesse und vermeidet Doppelarbeit.

Werden Roboter die Kliniker ersetzen?

Auf die Frage nach dem unvermeidlichen „Werden Roboter den Menschen ersetzen?" antwortet Hachach-Haram: „Überhaupt nicht. Ich glaube, es gibt einige Gebiete, auf denen Technologie im Allgemeinen eine größere Rolle spielen kann, zum Beispiel beim maschinellen Lernen oder in der Präzisionsmedizin, ganz im Trend liegend mit dem Wandel hin zur ‘Vorausanalyse‘ und der Gesundheitsvorsorge.“ Sie unterstreicht, dass die Stärke der Technologie darin liegt, Fachwissen zu vervielfältigen und auszutauschen, dass sie es ermöglicht, eine vertrauenswürdige Gemeinschaft beziehungsweise ein vertrauenswürdiges Ökosystem für Kliniker von Klinikern aufzubauen, und die Technologie sie bei der gemeinsamen Entscheidungsfindung über multidisziplinäre Teams hinweg unterstützt, statt lediglich etwas zu ersetzen.

"Letztendlich sollten diese Technologien eingesetzt werden, um das klinische Team zu ergänzen und zu unterstützen. Es geht darum, wie wir unsere Expertise und unser Wissen teilen und wie wir diese in die Versorgung der Patienten hier und auf der ganzen Welt einfließen lassen können. Es geht auch darum, neue Mittel zu finden, die uns helfen, präzisere und effektivere Behandlungen mit geringerer Erkrankungsrate anzuwenden.

Althoefer weist darauf hin, dass die aktuellen maßgeschneiderten Robotiklösungen eine erhebliche menschliche Zusammenarbeit erfordern, wie beispielsweise beim Da Vinci-Roboter, der mit eingebetteter Intelligenz die Arbeit der Chirurgen ergänzt: „Intuitive Surgical, das wahrscheinlich bis dato erfolgreichste Unternehmen für chirurgische Robotik, verwendet fortschrittliche Algorithmen, um minimalinvasive Eingriffe für den Chirurgen intuitiver zu gestalten“, erklärt er. „Wenn traditionelle laparoskopische Operationen durchgeführt werden, muss der Chirurg lernen, Gegenbewegungen auszuführen, da laparoskopische Werkzeuge durch diesen engen Drehpunkt laufen, um den sich alles dreht. Dies macht es dem Chirurgen enorm schwer, chirurgische Aufgaben im Unterleib auszuführen. Es dauert Jahre, diese Fähigkeit zu beherrschen. Und im Da Vinci-System ist bereits einige Intelligenz eingebaut, die dieses Problem überwindet.“ Er fügt hinzu:„ Eine andere Sache, die im Da Vinci-System implementiert wurde, ist die Reduzierung des Tremors und die Skalierung von Bewegungen – sodass eine starke Bewegung des Chirurgen in eine sehr kleine Bewegung an der Spitze des Operationssystems umgewandelt wird und dadurch ein gleichmäßigeres und präziseres Handling, Schneiden und Nähen des Gewebes ermöglicht. Dabei handelt es sich wiederum um eine Art von Intelligenz, die eingebaut ist, um dem menschlichen Nutzer, die Dinge zu erleichtern.“

Unter dem Vorbehalt, dass er die Zukunft nicht vorhersagen kann, nimmt Althoefer an, dass der Prozess der Automatisierung weitergehen wird und in einigen Fällen, Mensch-Roboter-Systeme langfristig vollständig durch automatisierte Systeme ersetzt werden könnten: „Ich vermute, es wird eine Zeit kommen, wenn bestimmte Aufgaben vollständig automatisiert sein werden, z. B. beim Nähen. Möglicherweise muss der Chirurg dann nur die zu nähenden Bereiche markieren und der Rest wird vom System erledigt. Und das wird weitergehen und möglicherweise wird es eines Tages ein komplett automatisiertes System geben, das die vollständigen chirurgischen Eingriffe durchführt; davon sind wir jedoch sehr weit entfernt“, findet er.

Althoefer diskutiert den Hype um die vermeintliche ‚Bedrohung‘ durch KI und betont, dass diese Ängste den Fortschritt nicht behindern sollten: „Es gibt diese Prognosen, dass Roboter die Menschen ablösen werden und dass KI intelligenter als der Mensch sein wird – dies ist theoretisch möglich. Wie sollen wir auf diese potenzielle Bedrohung reagieren? Sollten wir jetzt aufhören, an allem zu arbeiten, das mit der Entwicklung intelligenter Technologien zusammenhängt? Alles aufgeben? Bestimmte Formen der Forschung an den Nagel hängen? Ich denke, dass wir das auch nicht wollen. Ich finde, wir müssen weitermachen und uns an den positiven Dingen, die wir erreichen können, ausrichten.“ Er fügt hinzu: „Ich glaube auch nicht, dass dies in der absehbaren Zukunft geschehen wird. Worüber diese Kollegen sprechen ist noch ziemlich weit weg am Horizont“.

Auf die Frage, ob wir zu sehr von Technologien abhängig sind, zieht er den Vergleich mit GPS- und der Satellitennavigationstechnologie heran: Menschen seien in der Tat sehr auf diese Systeme angewiesen, doch ihre Vorteile überwiegen bei Weitem deren ‚Risiken‘. Er fügt hinzu: „Ich kann nur betonen, dass wir uns noch ganz am Anfang befinden – ich glaube, je weiter sich die Technologie entwickeln wird, desto mehr werden wir uns auf die Systeme verlassen. Und dies kann zu besseren Ergebnissen führen. Es gibt bestimmte Dinge, die Menschen nicht so gut machen können, wie das die Technologie vermag, warum also sollten wir das ablehnen?“

Virtuelle Realität, maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz

„Effektive Anwendungen virtueller Realität gibt es in dem Bereich der Simulation von Vorbereitungen als auch vom Einüben chirurgischer Eingriffe. Die Herausforderungen hierbei liegen in den Kosten für die Skalierung, da es Zehntausende verschiedener Verfahren mit jeweils individuellen Nuancen gibt", erläutert Hachach-Haram. „Und obwohl die Möglichkeiten der künstlichen Intelligenz noch nicht vollständig ausgeschöpft sind, wissen wir theoretisch, dass ihr Ausmaß und ihre Wirkung erheblich sein werden", erklärt sie.

Das Gremium hat nicht nur mündliche Nachweise über den ‚bahnbrechenden‘ Charakter von VR erhalten, sondern auch in Schriftform: Hier wird der Einsatz in der anatomischen Ausbildung, insbesondere in der Form des ‚virtuellen Seziertisches, der ein echtes Kadaverbett repliziert‘2, hervorgehoben. Dieser hat den Vorteil, dass er global verfügbar ist und man nicht länger gesetzlichen Regelungen unterworfen ist.

Außerhalb des Schulungsbereichs stellt Hachach-Haram fest, dass „…VR auf Gebieten wie Schmerzmanagement bei Kindern sowie eines verbesserten Genesungsprozesses sehr stark eingesetzt wird“, bemerkt jedoch, dass es wichtig sei, die Einschränkungen und Vorteile jeder aufkommenden Technologie zu erkennen und in der Lage zu sein, zu realisieren, wo sie von Vorteil sein könnte, aber auch, wo sie nicht unbedingt einen Mehrwert schafft.

Hachach-Haram erläutert die Anwendungsfälle von KI eingehender und erklärt: „Wenn wir über die Bereiche des Gesundheitswesens nachdenken, die vom maschinellen Lernen zuerst profitieren werden, sehe ich die Radiologie als einen davon: Es geht in großem Maße um Mustererkennung – es ist sehr visuell.“ Sie verweist in diesem Zusammenhang auf den Einsatz von KI zur Unterstützung und Beschleunigung der Diagnoserstellung und kommentiert: „Es gibt bereits Arbeiten zu Hautläsionen, Hautkrebs sowie zur Augenheilkunde.“

Die Rolle von Daten

KI und maschinelles Lernen sind nicht nur auf qualitativ hochwertige Algorithmen angewiesen, denn sie sind auch nur so akkurat und effektiv, wie die Daten, mit denen sie gefüttert werden. Und vor dem Hintergrund der jüngsten Datenskandale, insbesondere in Verbindung mit Facebook und Cambridge Analytica, muss man sich mit den ethischen Fragen im Zusammenhang mit Daten auseinandersetzen.

„Wenn Daten mit der richtigen Absicht, den erforderlichen Einwilligungen und der notwendigen / angemessenen Regeltreue verwendet werden, ist dies letztendlich möglich. Mit der Einführung von Blockchain wird dies immer wichtiger werden“, sagt Hachach-Haram. Sie verweist auf ihre Erfahrung, dass Patienten im Allgemeinen mit der Verwendung ihrer personenbezogenen Daten einverstanden sind, sofern die richtigen Einwilligungen und Schutzvorkehrungen vorliegen. Da die Zustimmung eine der gesetzlichen Grundlagen für die Verarbeitung personenbezogener Daten gemäß der Allgemeinen Datenschutzgrundverordnung (DSGVO) darstellt, ist dies ein aktueller Aspekt.

Althoefer erklärt, wie wichtig es ist, Daten für den richtigen Zweck einzusetzen: „Offensichtlich gibt es immer eine Kehrseite: Menschen können Dinge auf eine ‚schlechte‘ Art nutzen. Ich habe gehört, dass es in den USA Versicherer gibt, die keine Personen mehr versichern wollen, wenn sie bereits vorhersagen können, dass sie krank werden und wie schnell sie sterben werden; sofern wir Daten auf diese Art verwenden, ist das natürlich ein Problem."

Um die Fragestellungen rund um die ethischen Gesichtspunkte der Datennutzung zu klären, hat das unabhängige gemeinnützige Unternehmen ‚Open Data Institute‘ (ODI) eine Schrift zur Datenethik veröffentlicht. Dabei handelt es sich um ein Entscheidungsfindungstool, das ethische Aspekte hinsichtlich der Verwendung von Daten berücksichtigt. Benutzer werden zum Stellen von Fragen aufgefordert: „Wer könnte durch dieses Projekt negativ beeinflusst werden?" und „Was ist Ihr Hauptanliegen, Daten in diesem Projekt zu verwenden?“

Peter Wells, Leiter der Strategieabteilung des ODI betont: „Wenn wir das Vertrauen behalten wollen und das Potenzial der Daten optimal nutzen möchten, muss der ethische Umgang mit ihnen gängige Praxis sein, genauso wie die Medizinethik. Leider ist es noch keine gängige Praxis und die notwendigen Auseinandersetzungen haben in noch keinem ausreichenden Umfang stattgefunden, um überhaupt zu wissen, wie eine übliche Praxis aussehen könnte.“ Er fügt noch hinzu: „Die Schrift zur Datenethik der ODI ist angedacht, auf dieser Reise zu helfen, indem sie mehr Menschen, Projektgruppen und Organisationen dabei hilft, die Fragen zu verstehen, die notwendigen Debatten zu führen und bessere Entscheidungen zu treffen.“

Erweiterte Realität und Skalierung

Hachach-Haram sieht ER als eine der Schlüsseltechnologien im Gesundheitswesen: „Ich finde ER wirklich aufregend, weil es darum geht, sich der natürlichen Welt, der echten Welt, zu bedienen und sie mit computergenerierten digitalen Inhalten zu überlagern und zu erweitern, um die aktuellen Grenzen zu durchbrechen und mehr zu erreichen", sagt sie.

Wenn man über die Zukunft der gemischten Realität nachdenkt, in der man sich an seinem Arbeitsplatz und im Alltag aufhalten könnte, könnte das Einspeisen von Informationen und Inhalten aus verschiedenen virtuellen Quellen einen Mehrwert generieren und sehr wichtig dafür sein, eine effizientere, qualitativ bessere Gesundheitsversorgung bereitzustellen“, findet sie. Hachach-Haram verweist auf einen Fall, bei dem ein Chirurg in Amsterdam kürzlich, dank eines ER-Systems, mit einem Chirurgen in Cardiff an einem komplexen Krebsfall zusammenarbeiten konnte: „Ohne die Technologie, wäre das ein Kampf gewesen“, unterstreicht sie.

„ER brilliert, wenn es um die Fähigkeit des Skalierens geht“, lobt Hachach-Haram, die weiter ausführt, dass, neben dem unmittelbaren Vorteil, reale Situationen mit virtuellen Inhalten überlagern zu können, ER die Möglichkeit bietet, Fachwissen zu teilen und zu replizieren. „Hier bei Proximie glauben wir an die Skalierung von Fachwissen und die Chance, Kliniker miteinander zu verbinden, damit sie sich austauschen und zusammenarbeiten können. ER und Mixed Reality sind sehr kooperativ und eignen sich bestens für das Gesundheitswesen. Aber angesichts des globalen Drucks im Gesundheitswesen liegt unserer Meinung nach die Lösung darin, diese Technologien zu skalieren, ohne in viel Hardware investieren zu müssen. Proximie ermöglicht Klinikern, den wahren Wert der ER-Technologie mit ihrer vorhandenen Krankenhausinfrastruktur auszuschöpfen“, erklärt sie.

„Diese Technologie ist jetzt verfügbar und erhältlich und ich glaube, dass ihr teamorientiertes Wesen sehr spannend ist. Denn genau das ist es, was Beschäftigte im Gesundheitswesen tun - wir reden miteinander, wir arbeiten zusammen, wir teilen Ideen, wir tauschen Erfahrungen aus, wir teilen schwierige Fälle miteinander, wir lernen voneinander. Es ist eine sehr soziale Art zu arbeiten und ER und Mixed Reality fördern dies sehr effektiv."

Wird Technologie Generalisten oder Spezialisten erzeugen?

Hachach-Haram beobachtet den Trend zur Unterspezialisierung in der Chirurgie unabhängig von der Technologie: „Selbst in meiner Fachrichtung gibt es vier oder fünf verschiedene Unterfachrichtungen", sagt sie. Dies führt zwangsläufig dazu, dass mehr Nischenkompetenzen in den Händen von weniger Ärzten verfügbar sind. Und dieser Umstand bringt uns wiederum zurück zur Technologie und ER: „Was passiert dann? Weil ein so hoher Grad an Spezialisierung existiert und es nicht genügend Spezialisten gibt, will man diese Expertise auch weiterhin weltweit teilen. Aber wie kann man jemanden skalieren“, fragt sie.

„Wir können dieses Spezialwissen mit Technologie skalieren, wir können Know-how skalieren: Wir können es global teilen / verbreiten und Menschen dabei unterstützen, diese neuen Fähigkeiten zu nutzen, um sie besser, schneller und effizienter auszuführen.“ Hachach-Haram kommt zu dem Schluss: „Das ist, was die Technologie für die Chirurgie leisten wird.“

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Hierbei handelt es sich um eine fast vollständige Übersetzung des Artikels "Surgery – What’s in the crystal ball" von Rebecca Ghani, der in der HIMSS Insights 6.4 erschienen ist. 

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1 Royal College of Surgeons (2018), ‘Commission on the Future of Surgery’

2 Royal College of Surgeons (2018), ‘Written contributions to the Commission on the Future of Surgery’

 

Rebecca Ghani

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