Artificial intelligence and robotics: achievements for the public health system

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Von Games und Smartphones inspiriert

Die Entwicklungen in der Gaming-Industrie und im Bereich von Smartphones boten den notwendigen Ansporn und Input für Investitionen zur Weiterentwicklung von Ideen im Zusammenhang mit Robotik und künstlicher Intelligenz (KI). Brad Nelson erinnert sich diesbezüglich an die erste Version von Google Translate, und wie diese innert kürzester Zeit dank KI und «deep learning» verbessert worden ist. Das explosivartige Aufkommen und Etablieren des Internets brachte Datenvolumen hervor, welches für das Trainieren von KI benutzt werden konnte. Schnellere Computer in der Gaming-Industrie erfüllten zufälligerweise auch die Voraussetzungen für «computational processes», welche für das «deep learning» gebraucht werden. Nicht zuletzt misst sich der Erfolg in der Forschung auch immer an Visionären und Visionärinnen, die an ihren Ideen festhalten und diese durch- und umzusetzen wissen.

Auswirkungen im Gesundheitswesen

Folgende Schlagworte fassen die vielfältigen Konsequenzen der Fortschritte bezüglich KI und Robotik für das Gesundheitswesen pragmatisch zusammen: «Training, Research, End of Life Care, Treatment, Decision Marking, Keeping Well, Early Detection und Diagnosis». Neue Technologien helfen die Lebensqualität des Menschen zu optimieren, indem individuell auf die sich verändernden Bedürfnisse des Menschen reagiert werden kann. Dabei sind gleichwohl Patientinnen und Patienten wie auch das medizinische Personal betroffen: Personen mit neurodegenerativen Leiden beispielsweise sind mobilitätstechnisch eingeschränkt. Dadurch gestalten sich Laufanalysen aufwändig, teuer und mühsam. Die Untersuchung dieser Leiden, sprich das Sammeln von Daten, bevor Diagnose und Behandlung in Frage kommen, fordert personelle und zeitliche Ressourcen. Diese könnten grundsätzlich eingespart werden, was Vorteile für alle beteiligten Personen hat. Das erfordert eine Lösung. Diese besteht darin, die erforderlichen Daten vom Patienten, von der Patientin selbst, im Lebensalltag zu generieren. In Schuhen eingebettete Sensoren sammeln die Daten, Algorithmen werten diese aus und erkennen Anomalien in der Gangart. KI hilft folglich dabei, das Gesundheitswesen zu entlasten. Ausserdem ermöglicht sie frühere, schnellere und präzisere Diagnosen, so dass Fehldiagnosen minimiert werden. Das Monitoring, was damit in Verbindung steht, welches teilweise einen schlechten Ruf hat, kann unter Umständen Leben retten. Indessen sammeln die Nutzenden von Smartwatches bereits selbst evidente Daten für die Feststellung des eigenen Gesundheitszustandes. Darauf können Ärzte und Ärztinnen zurückgreifen, um auf mögliche Ursachen für ein Leiden rückzuschliessen und weitere Schritte zur Behandlung zu beschliessen. Ein Beispiel dafür sind Herzrhythmusstörungen. Diese können dank Gesundheits-Apps, die den eigenen Herzschlag verfolgen, Anomalien aufzeigen.

Der Fortschritt betrifft also nicht nur Patientinnen und Patienten, sondern auch das medizinische Personal. Dieses muss entsprechend dem fortschreitenden Einsatz von Technologien im Gesundheitswesen (um-)geschult werden, das heisst auch dass Ausbildungsgänge anzupassen sind. Auch Chirurginnen und Chirurgen müssen sich ständig weiterbilden, um auf dem neuesten Stand der Entwicklungen zu sein und die Chancen derselben für ihren Operationssaal abschätzen zu können.

Einzigartig: Mensch und Maschine

Die Konsequenzen sind vielfältig und beschränken sich nicht auf einen Lebensbereich. Robotik ermöglicht es, invasive Eingriffe schnell und unkompliziert abzuwickeln. Die anschliessende Rehabilitationsphase wird im Vergleich zu der bei offenen Operationen um ein Vielfaches verkürzt. Das sind namentlich fünf Arbeitstage, anstatt vier Wochen Rehabilitationszeit. Wenn in Verbindung mit medizinischen Eingriffen also für Robotik geworben wird, dann weil sowohl Mensch als auch Maschine gleichsam und gemeinsam die Arbeit am Patienten, an der Patientin hervorragend verrichten können.

Nelson bringt ein Beispiel von altersbedingter Makuladegeneration, einer Augenkrankheit. Patienten und Patientinnen können deswegen erblinden. Diese Krankheit wird mittels intravitrealer Injektionen behandelt. Der Einsatz von Robotik minimiert dabei die möglichen Kontaminationen und verbessert die Augenidentifikation und -tracking. Darüber hinaus gewährleistet sie einen sichereren, präziseren Eingriff, wodurch die behandelte Person auch mehr Komfort während und nach dem Eingriff erfährt. Das bedeutet, der Einsatz von Robotik kann die Qualität der geleisteten Arbeit maximieren und einen Standard gewährleisten, so dass alle von der gleichen Behandlung profitieren. Aufgrund genannter Aspekte können am Schluss bestimmte Behandlungsformen für eine grössere Zahl an Menschen zugänglich gemacht werden, weil diese dank Robotik basierter Unterstützung effizienter durchgeführt werden können. Weiterhin erschliessen KI und Robotik dem Menschen Gebiete des menschlichen Körpers, die ansonsten schwer zugänglich bleiben würden. So lassen sich mittels elektromagnetischen Katheter Steering Systemen Leiden besser lokalisieren und schliesslich auch modellieren. Dabei bewegt ein magnetisches Feld das chirurgische Werkzeug im Inneren des Körpers. Mit Blick auf all diese Errungenschaften stellt sich die Frage, was als nächstes kommt.

Ausblick

Artificial Bacterial Flagella (ABFs) sind Mikroroboter in der Grössenordnung eines Bakteriums. Auch sie sollen dank eines magnetischen Feldes im menschlichen Körper gelenkt werden, das nennt sich «in vivo Swimming». Dieses Vorgehen bietet sich bei Operationen am Gehirn an, respektive es lässt eine nichtinvasive Diagnose zu. Für ABFs erhielt die ETH Zürich im April 2009 einen Guinness World Record Eintrag. Getestet wird es aktuell noch an Mäusen. Andere Roboter, wie Bein- oder Armprothesen erleichtern den Menschen bereits seit Längerem den Alltag oder werden zu Rehabilitationszwecken bei beispielsweise paraplegischen Menschen eingesetzt. Dank Unterstützung des Roboters schaffen diese Menschen in der Reha mehr Wiederholungen, wodurch die Neuronen öfters stimuliert werden. Dies nährt die Hoffnung, dass sich die Muskeln eher an die Bewegung erinnern.

KI und Robotik sind wertvolle Errungenschaften, die Hoffnung auf mehr machen. Die grössten Hürden für die beiden in der Medizin werden diejenigen auf rechtlicher und ethischer Ebene bleiben. Dabei ist die Befürchtung, von KI oder Robotik ersetzt zu werden, nur partiell berechtigt. Der Mensch bleibt ein anpassungsfähiges Wesen, so dass diese zwei Dinge auf lange Sicht für alle eine höhere Lebensqualität bedeuten. Schliesslich wird im Operationssaal immer ein Mensch das Skalpell führen und Entscheidungsträger sein.

Abschliessende Paneldiskussion

Simone Schürle-Finke leitete die anschliessende Paneldiskussion. Sie ist Assistenzprofessorin und verantwortlich für das Responsive Biomedical System Lab an der ETH Zürich, wo sie gemeinsam mit ihrem Team diagnostische und therapeutische Systeme im Nano- und Mikrobereich für die Medizin entwickelt. Die Teilnehmenden stellten diverse Fragen, daraus erfolgte eine rege Diskussion.