Gesundheit Digital Künstliche Intelligenz im medizinischen Alltag

Kostendruck, Zeitmangel und zu wenige Fachkräfte stellen Herausforderungen im medizinischen Alltag dar. Innovative Anwendungen mit künstlicher Intelligenz (KI) könnten helfen, diesen und weiteren Herausforderungen zu begegnen. KI könnte das Gesundheitswesen grundlegend verändern und dabei sowohl die Versorgung von Patientinnen und Patienten verbessern als auch Pflegekräfte, Ärztinnen und Ärzte entlasten. 

Zukünftig könnte KI es Patientinnen und Patienten leichter machen, an individuelle Gesundheitsinformationen zu gelangen. Mithilfe von Chatbots wie ChatGPT kann man sich etwa über die eigene Erkrankung informieren. KI-gestützte Symptom-Checker können helfen, Beschwerden einzuschätzen und zu entscheiden, ob man sofortige Hilfe braucht oder ob ein Besuch beim Hausarzt am nächsten Tag ausreicht.

Medizinische Fachkräfte können bei ihren komplexen Aufgaben durch KI unterstützt werden. Einige KI-Anwendungen für die Diagnostik werden bereits in der Klinik eingesetzt und können helfen, genauer und schneller herauszufinden, welche Erkrankung eine Patientin oder ein Patient hat. Systeme zur Entscheidungs-Unterstützung können eine sehr große Menge an Daten in ihre Empfehlungen einbeziehen und so bei wichtigen Entscheidungsprozessen helfen. In manchen Studien konnten durch die Nutzung von KI-Anwendungen im klinischen Alltag Fehler vermieden werden. Zudem könnten Routineaufgaben schneller und teilweise automatisiert von KI-Anwendungen erledigt werden, was Pflegekräfte, Ärztinnen und Ärzte entlasten würde.

Das Erkennen von Erkrankungen, die Diagnostik, gehört zu den ärztlichen Kernaufgaben. Aus den Beschwerden und Auskünften der Patientinnen und Patienten sowie aus Untersuchungsergebnissen ergeben sich Hinweise, welche Erkrankung vorliegen könnte. Wird eine bestimmte Erkrankung vermutet, müssen medizinisches Personal und Patientinnen und Patienten zusammen über das weitere Vorgehen entscheiden. Entlang dieses Prozesses gibt es zahlreiche Anwendungen mit künstlicher Intelligenz (KI), die medizinisches Personal unterstützen könnten.

Entscheidungs-Unterstützung

Bei der Suche nach der richtigen Diagnose müssen viele Faktoren einbezogen werden. Dazu gehören neben den Beschwerden unter anderem auch persönliche Eigenschaften wie der Beruf oder das Alter der Patientinnen und Patienten. Auch das wachsende medizinische Wissen und neue Forschungsergebnisse müssen bei allen klinischen Entscheidungen berücksichtigt werden. Für Ärztinnen und Ärzte kann es dabei schwierig sein, den Überblick zu behalten.

KI-basierte Systeme zur Entscheidungs-Unterstützung können bei der Suche nach der Diagnose oder der Auswahl der Behandlung helfen. Solche Systeme sind in der Lage, medizinisches Fachwissen, Forschungsergebnisse, aktuelle Behandlungsempfehlungen sowie die individuellen Faktoren der Patientinnen und Patienten zu berücksichtigen. Daraus leiten sie etwa die wahrscheinlichste Diagnose oder eine Empfehlung zur Behandlung ab. Das Zusammenspiel zwischen solchen Systemen zur Entscheidungs-Unterstützung und den Fähigkeiten der Ärztinnen und Ärzte führte in Studien zu weniger Fehlern und einer höheren Genauigkeit der Diagnosen.

Zudem kann KI medizinisches Personal durch passende Fachinformationen im Entscheidungsprozess unterstützen. Dafür gibt es unter anderem spezielle KI-basierte Suchmaschinen für Ärztinnen und Ärzte, die Fachinformationen bereitstellen. Solche Anwendungen stützen sich dabei zum Beispiel auf die Inhalte aus medizinischen Fachzeitschriften oder Datenbanken und geben zu ihren Antworten auch jeweils die Quellen an. 

Bildauswertung

Besonders weit ist die Entwicklung von KI-gestützten Systemen zur Auswertung von Bildern. Dabei werten KI-Anwendungen etwa Röntgenbilder, Computertomographie-Aufnahmen (CT) oder Bilder von einer Darmspiegelung aus. Bereits zugelassen sind etwa KI-Anwendungen zur Erkennung von: 

• verschiedenen Krebserkrankungen, zum Beispiel Brustkrebs, Hautkrebs oder Lungenkrebs
• Hirnblutungen
• Knochenbrüchen

In Studien haben viele dieser Anwendungen verdächtige Auffälligkeiten in den Bildern sogar zuverlässiger erkannt als Expertinnen und Experten. Außerdem konnten einige KI-Programme helfen, menschliche Fehler zu vermeiden, die etwa durch nachlassende Konzentration entstehen können. Bisherige Studien deuten darauf hin, dass die Bildauswertung daher insgesamt genauer und zuverlässiger werden kann, wenn Ärztinnen und Ärzte dabei durch KI unterstützt werden.

Bei bestimmten Erkrankungen und in bestimmten Situationen könnten Anwendungen mit künstlicher Intelligenz (KI) zukünftig auch die Behandlung unterstützen. Das betrifft insbesondere Therapien, die individuell auf die Situation von Patientinnen und Patienten abgestimmt werden.

Künstliche Intelligenz bei der Behandlung von Diabetes mellitus

Bei Diabetes mellitus kann KI dazu beitragen, die Behandlung mit Insulin zu optimieren. Wird über einen Sensor kontinuierlich der Blutzuckerwert gemessen, kann mithilfe von KI aus diesem Wert die benötigte Insulin-Menge berechnet werden, um den Blutzucker optimal zu regulieren. Für die Berechnung der Insulin-Menge werden auch Blutzuckerwerte aus der Vergangenheit berücksichtigt, sodass sich das KI-gestützte System fortwährend an die individuellen Bedürfnisse von Diabetes-Patientinnen und -Patienten anpasst.

Systeme, die sowohl den Blutzucker messen als auch die benötigte Insulin-Menge errechnen und verabreichen, werden als Closed-Loop-Systeme bezeichnet. In Studien konnte man mithilfe von KI-basierten Closed-Loop-Systemen die Blutzuckerwerte von Patientinnen und Patienten genauer regulieren als mit anderen Verfahren. 

Künstliche Intelligenz bei Operationen

Künstliche Intelligenz könnte sowohl zur Planung einer Operation (OP) als auch bei der Durchführung eingesetzt werden. Zur OP-Planung bei Gelenkersatz kann eine KI-Anwendung etwa anhand von Röntgenbildern die Arbeitsschritte während der OP vorhersagen. Zudem gibt das Programm die wahrscheinlich benötigte Größe der Gelenkprothese an. 

In vielen Krankenhäusern werden zur Behandlung OP-Roboter eingesetzt. Solche Roboter werden derzeit vollständig von einer Ärztin oder einem Arzt gesteuert. Es ist aber denkbar, dass KI-gestützte OP-Roboter zukünftig selbst einzelne Arbeitsschritte oder ganze Operationen durchführen. Ein in den USA entwickelter Roboter hat im Tierversuch bereits selbstständig anspruchsvolle Nähte am Darm angefertigt. Dabei waren seine Ergebnisse sogar besser als die von Menschen.

Personalisierte Medizin

KI-Anwendungen könnten dazu beitragen, die personalisierte Medizin weiterzuentwickeln, also die medizinische Versorgung zunehmend an die individuellen Bedürfnisse von Patientinnen und Patienten anzupassen. KI-Anwendungen können dafür eine große Menge an Informationen aus verschiedenen Kontexten berücksichtigen, unter anderem die individuelle Krankengeschichte, den Medikationsplan und gegebenenfalls auch Ergebnisse genetischer Untersuchungen. So könnten die individuell passenden Medikamente und weitere Behandlungsschritte ausgewählt werden. 

Außerdem würden dann Untersuchungen zur Früherkennung bestimmter Erkrankungen zielgerichtet denjenigen Patientinnen und Patienten angeboten werden, die ein besonders hohes Risiko haben. KI-Anwendungen bieten die Möglichkeit das individuelle Risiko genauer als bisher vorherzusagen, indem viele verschiedene Risikofaktoren berücksichtigt werden, etwa welchen Lebensstil jemand pflegt oder welche Vorerkrankungen es in der Familie gibt.

Brain-Computer-Interfaces

Ganz neue Möglichkeiten zur Behandlung und zur Rehabilitation könnten sich durch Brain-Computer-Interfaces ergeben. Brain-Computer-Interfaces, auf Deutsch Gehirn-Computer-Schnittstellen, stellen eine direkte Verbindung zwischen dem Gehirn und einem Computer oder einer Maschine dar. Dadurch wird es etwa möglich, einen Computer mit seinen Gedanken zu steuern. Um die Gehirn-Aktivitäten zu entschlüsseln, setzen Forscherinnen und Forscher dabei künstliche neuronale Netzwerke ein. 

In einer Studie konnte ein gelähmter Patient mithilfe einer Gehirn-Computer-Schnittstelle eine virtuelle Hand bewegen und dadurch eine ebenfalls virtuelle Drohne steuern. In einzelnen anderen Studien konnten Menschen, die aufgrund einer Lähmung nicht mehr sprechen können, durch eine Gehirn-Computer-Schnittstelle selbstständig Sprache produzieren. Allerdings ist die Technik aktuell noch nicht ausgereift genug, um außerhalb von Studien bei Patientinnen und Patienten eingesetzt zu werden.

Pflege

Einige spezielle KI-Anwendungen für die Pflege werden aktuell in Forschungsprojekten entwickelt. Darunter sind Anwendungen, die helfen sollen:

• die Art einer Wunde einzuordnen und Wunden besser zu behandeln
• das diabetische Fußsyndrom besser zu behandeln
• das individuelle Risiko für ein Delir festzustellen
• das Risiko für Stürze zu ermitteln

Damit die Abläufe in der Arztpraxis oder im Krankenhaus reibungslos funktionieren, müssen viele organisatorische Aufgaben erledigt werden. Beispiele für solche Aufgaben sind:

• Termine planen und an Patientinnen und Patienten vergeben
• Medikamente und Material bestellen
• Gespräche, Untersuchungsergebnisse und den Krankheitsverlauf dokumentieren
• Arztbriefe schreiben
• Behandlungen und Untersuchungen mit den Krankenkassen abrechnen
• Personal- und Dienstpläne erstellen

Organisatorische Aufgaben nehmen etwa ein Viertel der Arbeitszeit von medizinischem Personal in Anspruch. Anwendungen mit künstlicher Intelligenz könnten dabei helfen, diese Aufgaben schneller zu erledigen, sodass dem Personal im Idealfall mehr Zeit für den persönlichen Kontakt mit Patientinnen und Patienten bleibt.

Künstliche Intelligenz bei der Terminplanung

Für den Kontakt mit der Arztpraxis können KI-gestützte Telefonassistenten eingesetzt werden. Diese erleichtern es Patientinnen und Patienten, ihre Arztpraxis telefonisch zu erreichen, Termine zu vereinbaren, zu verschieben oder abzusagen. Wenn Telefonassistenten Anrufe annehmen und bestimmte Anliegen von Patientinnen und Patienten selbstständig bearbeiten, können Praxismitarbeiterinnen und -mitarbeiter ohne Unterbrechungen ihren anderen Aufgaben nachgehen. Neben Telefonassistenten könnten auch Chatbots beim Terminmanagement helfen. 

Durch den Einsatz von KI-Anwendungen bei der Terminplanung sollen unter anderem die Wartezeit für Patientinnen und Patienten verringert und Kosten eingespart werden. 

Künstliche Intelligenz für die Dokumentation

Alle wichtigen Informationen werden durch medizinisches Personal dokumentiert, zum Beispiel in einer digitalen Patientenakte. Künftig könnte die Dokumentation durch KI-gestützte Programme unterstützt werden. 

Erprobt, und teilweise schon im Alltag genutzt, werden etwa KI-Assistenten, die zuhören und automatisch Notizen machen, während Ärztinnen und Ärzte mit ihren Patientinnen und Patienten sprechen. Für einen dieser KI-Assistenten konnte auch im Rahmen einer Studie gezeigt werden, dass sich Zeit einsparen ließ, die sonst zum Dokumentieren des Gesprächs aufgewendet worden wäre. Allerdings waren die Notizen des KI-Assistenten in einigen Fällen noch fehlerhaft und erschienen den Ärztinnen und Ärzten teilweise zu ausführlich.

Künstliche Intelligenz für das Schreiben von Arztbriefen

Am Ende eines Krankenhausaufenthalts schreiben Ärztinnen und Ärzte einen Arztbrief. In diesem Brief wird der Erkrankungsverlauf für das weiterbehandelnde Fachpersonal zusammengefasst. 

Arztbriefe zu schreiben ist häufig zeitaufwendig. Um das zu beschleunigen, könnten KI-Anwendungen eingesetzt werden. Im Uniklinikum in Hamburg wird etwa ein Programm verwendet, das mithilfe der Untersuchungsbefunde und Notizen aus der Patientenakte einen Teil des Arztbriefs erstellt. Im Anschluss wird der von der KI geschriebene Text von einer Ärztin oder einem Arzt überprüft, gegebenenfalls angepasst und dann freigegeben. 

Chatbots sind Computerprogramme, mit denen man ähnlich wie mit einem echten Gesprächspartner kommunizieren kann. Chatbots, die auf künstlicher Intelligenz (KI) basieren, zum Beispiel ChatGPT, können alle möglichen Fragen beantworten und Infos zu fast jedem Thema bereitstellen. 

Wenn man sich um die eigene Gesundheit sorgt, tauchen oft viele Fragen auf, zum Beispiel: Wie dringend brauche ich Hilfe? Was sollte ich tun, um wieder gesund zu werden? Was sollte ich vermeiden? Auch nach einem Termin bei einer Ärztin oder einem Arzt sind mitunter nicht alle Fragen geklärt, denn in der Aufregung vergisst man Informationen leicht und im schriftlichen Befund stehen meist vor allem schwer verständliche Fachwörter. Es liegt daher nahe, Chatbots zu Gesundheitsthemen zu befragen.

Ein Vorteil dabei ist, dass Chatbots individuell auf die Fragen von Nutzerinnen und Nutzern antworten. Auch Rückfragen sind möglich. Das unterscheidet KI-gestützte Chatbots von Gesundheitsportalen, anderen Webseiten oder Fachbüchern. Verglichen mit einer Google-Anfrage zu Gesundheitsthemen geben Chatbots bessere und umfassendere Antworten. Insgesamt können Chatbots daher den Zugang zu Gesundheitsinformationen erleichtern.

In bisherigen Studien waren die Antworten von Chatbots auf Gesundheitsfragen in vielen Fällen richtig. In Studien gaben Chatbots jedoch auch Antworten, die Ärztinnen und Ärzte als unvollständig, teilweise falsch oder sogar gefährlich bewerteten. 

Chatbots sind nicht speziell für Gesundheitsthemen entwickelt worden und haben auch keine Vorstellung davon, was wahr oder nicht wahr ist. Falsche, veraltete oder frei erfundene Antworten können vorkommen. Die kritische Prüfung der Gesundheitsinformationen ist für medizinische Laien schwierig und wird bei manchen Chatbots dadurch erschwert, dass keine oder falsche Quellen angegeben werden.

Symptom-Checker

Klinische Entscheidungshilfen für Laien, auch Symptom-Checker genannt, gibt es in Form von Apps oder Webseiten. Sie sollen dabei helfen, Beschwerden einzuordnen und einzuschätzen, ob Maßnahmen erforderlich sind, etwa ein Arztbesuch. Zu diesem Zweck fragen solche Apps Vorerkrankungen und Symptome ab. Aus diesen Informationen leiten Symptom-Checker ab, welche Erkrankung am ehesten die Beschwerden verursacht. 

Auch die Kassenärztliche Bundesvereinigung oder Krankenkassen setzen Symptom-Checker ein. Diese sollen Patientinnen und Patienten eine erste Einschätzung ihrer Beschwerden ermöglichen sowie die passende weitere Versorgung vorschlagen. 

Einige Symptom-Checker nutzen KI, um zu ihren Ergebnissen zu kommen. Diese Angebote lieferten in einer Studie eine verlässlichere Diagnose als Symptom-Checker ohne KI. Dennoch können sie mit ihren Empfehlungen auch falschliegen. In einer Studie übersah ein Symptom-Checker etwa, dass eine dringende Behandlung notwendig wäre. In deutlich mehr Fällen schätzte der Symptom-Checker hingegen den Behandlungsbedarf dringender ein, als er tatsächlich war. Eine solche Überschätzung kann zu unnötigen Arztbesuchen führen.

Künstliche Intelligenz (KI) hat großes Potenzial, die Gesundheitsversorgung zu verbessern. Um KI im medizinischen Bereich verantwortungsvoll zu nutzen, müssen jedoch auch einige Herausforderungen bewältigt werden. 

Wegfall von persönlichem Kontakt und Zuwendung

Beim schriftlichen Austausch wurde medizinischer Rat von KI-gestützten Chatbots in manchen Studien als einfühlsamer empfunden als die von medizinischem Personal verfassten Antworten. Chatbots können medizinische Sachverhalte ausführlich und verständlich erklären, weil sie Kapazitäten haben, die medizinischem Personal im Arbeitsalltag häufig fehlt. 

Dennoch lässt sich der zwischenmenschliche Kontakt nicht durch KI ersetzen. Persönliche Zuwendung fördert sogar den Heilungsverlauf. 

Verlust von Kompetenzen

Die Nutzung von KI könnte Lernprozesse und menschliche Fähigkeiten verändern. Einerseits werden Menschen durch die Anwendung von KI voraussichtlich Aufgaben erledigen können, die sie ohne KI nicht bewältigen könnten. Andererseits könnte es dazu kommen, dass Menschen bestimmte Fähigkeiten schleichend verlieren, wenn sie sich dauerhaft von KI unterstützen lassen. 

Weitere Herausforderungen

Mit der zunehmenden Nutzung von KI gehen noch weitere große Herausforderungen einher. KI-Anwendungen müssen etwa mit vielen, geeigneten Daten trainiert werden. Diese Daten müssen in hoher Qualität zur Verfügung stehen, um verlässliche KI-Anwendungen entwickeln zu können. 

Für den Betrieb von KI-Anwendungen sind in der Regel große Rechenzentren erforderlich. Werden KI-Anwendungen zunehmend genutzt, verbrauchen die Rechenzentren Strom, Wasser und andere Ressourcen in großer Menge. 

Weitere Informationen zu Voraussetzungen, die für die Nutzung von KI-Anwendungen erfüllt sein sollten, finden Sie in unserem Einführungs-Artikel zum Thema Künstliche Intelligenz in der Medizin.