Im Gesundheitswesenentsteht eine wahreFlut an Daten. Um aufdieser Welle zusurfen, braucht esRechenpower undintelligente Software.
Medizin und Wohlbefinden.
IT-gestützte Monitoringsysteme,Hightech-OPs mit Robotern,selbstlernende Algorithmen undandere Technologien sind imGesundheitswesen nicht mehrwegzudenken und entwickeln sichrasant weiter. Für IT-Mitarbeiter unddie, die es noch werden wollen,bieten sich spannende Jobchancen.
Text: greta lun
Es ist ein Melanom – die Tumordiagnose kommt aber nicht vom Mediziner,sondern wird von einer künstlichen Intelligenz gestellt. Im Labor entschei-det derweil ein Deep-Learning-System, an welchen Wirkstoffen weitergeforscht werden soll, weil es mit hoher Wahrscheinlichkeit voraussagenkann, dass sich die oft jahrzehntelange Forschung auch lohnen wird. UndHaut kommt aus dem 3-D-Drucker, damit die Wissenschaft daran Testsdurchführen kann, ohne auf menschliches Material zurückzugreifen. VieleTechnologien klingen ein wenig nach Science-Fiction. Dabei durchdringenvielfältige IT-Prozesse das breite Feld des Gesundheitswesens schonlängst. Etliche Routineeingriffe, Behandlungen, Reha-Maßnahmen undwissenschaftliche Errungenschaften wären ohne die technologischenAssistenten nicht denkbar – zumindest nicht auf dem Level, das wir längstgewohnt sind. Neben Ärzten, Pflegern und Bioinformatikern werden imHealthcare-Bereich IT-Fachkräfte aller Couleur gesucht.
Alles, was man wissen muss
Von wo bis wohin spannt sich also der Bogen der digitalen Anwendungen,wenn man beispielsweise ein Spital betritt? „Von dem Moment an, wo Siebei der Tür hereinkommen, bis Sie wieder hinausgehen – und darüberhinaus. IT-Prozesse durchziehen die gesamte Gesundheitsversorgung“,sagt Dietmar Maierhofer, Leiter der Bereiche Healthcare Informatik undConnected Care bei Philips Healthcare. Schon bei der Anmeldung im Kran-kenhaus landen die Daten des Patienten im hauseigenen System. Nachder Aufnahme wird sein gesundheitlicher Verlauf dokumentiert und sowerden ständig neue Daten für seine Akte generiert – je nach Symptoma-tik und dafür vorgesehener Diagnostik angereichert mit Blutwerten,Aufnahmen aus bildgebenden Verfahren sowie weiteren Erhebungen, dieteils durch spezielle Softwareprogramme analysiert werden. Die durch-gängige Datenerhebung verschafft den Ärzten einen vollständigen Über-blick über die Ausgangslage, den klinischen Verlauf und eventuelleNebenwirkungen aus der Medikation – eine wesentliche Entscheidungs-grundlage für die weitere Therapie.
Selbst das Beatmungsgerät – im Corona-Jahr 2020 einer der Top-Seller –ist neben seiner Grundfunktion als Sauerstoffpumpe ein emsiger Daten-lieferant. Während Intubieren und Umlagern Handarbeit sind, die soschnell keine Maschine übernehmen wird, können Ärzte und Pflegekräftedie erhobenen Vitalwerte getrost aus der Ferne überwachen und analy-sieren – bis Komplikationen auftreten und jemand eingreifen muss. „Daskann dazu beitragen, das Gefährdungslevel in Zeiten von Corona geringzu halten“, so Maierhofer.
Brain-Tech aus Oberösterreich
Szenenwechsel: Eine Patientin sitzt vor einem Bildschirm, auf dem einAvatar zu sehen ist. Er instruiert sie, ihre linke Hand zu bewegen, was ihrnach dem Schlaganfall, den sie vor sechs Monaten erlitten hat, nochimmer schwerfällt. Sobald sie beginnt, sich die Armbewegung vorzustel-len, erkennt das Brain-Computer-Interface auf ihrem Kopf die Hirnaktivi-tät. Es sendet Signale aus, die wiederum elektrische Impulse an ihrerlinken Hand triggern – und sie rührt sich. In 20 Stunden Reha wird dieFrau dies mit beiden Händen etwa 6.000 Mal wiederholen und so diekognitiven Prozesse für diesen Bewegungsablauf wieder erlernen. „DasSchöne ist, dass das sogar noch zehn, zwanzig, dreißig Jahre nach demSchlaganfall funktioniert“, berichtet Christoph Guger von der Firma g.tec.Das oberösterreichische Unternehmen versorgt Forschungszentren undKliniken von Hawaii bis Japan mit seinen Neuro-Devices, vor fünf Jahrenist es außerdem in die Reha-Sparte eingestiegen.
In den Neunzigerjahren hatte Guger, damals Elektrotechnik-Student ander TU Graz, bei seinem Auslandssemester an der Johns-Hopkins-Universität in Baltimore erfahren, dass ein Grazer Professor sich mitBrain-Computer-Technologien beschäftigt. „Wie immer muss man weitgehen, um zu verstehen, was zuhause gut ist.“ Zurück in Österreich hat erfür seine Dissertation das international erste Brain-Computer-Interfaceentwickelt, das Gehirnströme in Echtzeit analysieren kann.
Diverse Forschungszentren wollten es kaufen, was ihn dazu veranlasste,1999 g.tec zu gründen. „Das erste Interface haben wir an die CambridgeUniversity verkauft, das zweite ging ans koreanische ForschungsinstitutEtri“, berichtet Guger. Heute verfügen zahlreiche Akteure der Hirnfor-schung über die Entwicklungen aus Oberösterreich: von der HarvardMedical School über Industrieunternehmen wie BMW und Toyota bis hinzur Luft- und Raumfahrt, etwa Airbus, die US Airforce und die Nasa.Anwendungen, bei denen die Elektroden direkt auf den Cortex gegebenwerden, helfen dem Neurochirurgen bei der Operation, jene Teile unver-sehrt zu lassen, die entscheidende Aufgaben übernehmen – etwa fürsSprechen oder die Gesichtserkennung.
User-generierter Content
Healthcare-Datenströme entstehen natürlich nicht nur im Spital oderwährend der Neuro-Reha. Smartwatches und weitere Devices erlaubenes, den eigenen Gesundheitszustand im Alltag zu überwachen und damitvielfältige Dinge zu tun. Die Apple Watch war 2019 die erste Smartwatchmit eingebautem EKG-Sensor und kann Vorhofflimmern erkennen.Mittlerweile gibt es mehrere Wearables mit dieser Funktion, anderekönnen beispielsweise auch Schlafapnoe registrieren oder den Blutzu-ckerspiegel am Handgelenk bestimmen. „Da treten Apple, Google und Co.schon als kleiner digitaler Arzt auf“, sagt Michael Rosenzweig-Steiner vonallaboutapps. Das Wiener Unternehmen mit rund 70 Mitarbeitern machtetwa 30 Prozent des Umsatzes mit Entwicklungen für den Health-Bereich.Wearables sieht der Firmengründer als sinnvolle Begleiter von Health-Apps, da sie „die Genauigkeit und die Compliance bei der Therapie deut-lich erhöhen, als wenn ich jeden Tag alles selber eintragen muss“.
Health-Apps gibt es wie Sand am Meer, die Konkurrenz ist groß. Die Ent-wicklungen reichen von Abnehm- und Fitness-Apps über Anwendungen,um die psychische Gesundheit zu tracken, bis hin zu Therapie-Begleiternfür diverse Erkrankungen. „Für Apps, die als Medizinprodukt zertifiziertsind, gelten höhere Anforderungen, was den Aufwand bei Konzeption,Programmierung und Testung deutlich vergrößert“, so Rosenzweig-Stei-ner. Die Entwickler müssen schließlich sicherstellen, dass beispielsweiseeine App, die die Dosierung eines Medikaments anzeigt, auch das richtigeErgebnis liefert. Denn das Risiko einer falschen Angabe wiegt bei einermedizinischen Anwendung deutlich höher, als wenn etwa die Lauf-Appbei der Kilometerangabe um zehn Prozent abweicht. Manche Health-Appserstellen praktische Reports, die man beim nächsten Termin in der Praxisvorzeigen kann. Denn den Gang zum Arzt ersetzt die smarte Technologienicht.
Lernen mit System
„Ich denke nicht, dass Ärzte jemals von künstlicher Intelligenz ersetztwerden“, sagt auch Lukas Folkman. Als Postdoc am CeMM Forschungs-zentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie derWissenschaften entwickelt er neue Machine-Learning-Methoden, um gro-ße Gendatensätze zu analysieren. „Die technologischen Fortschritte erlau-ben es uns, die Genexpression in einzelnen Zellen zu messen. Das schafftvöllig neue Möglichkeiten in der Erforschung von zahlreichen biologischenPhänomenen.“ In der Bioinformatik entsteht eine wahre Flut an Daten, aufderen Welle die Forscher nur mit Rechenpower und intelligenter Softwaresurfen können. Die Systeme werden speziell trainiert und auf Herz undNieren getestet, bevor die Algorithmen selbsttätig werden und in denGesundheitsdaten nach Mustern suchen.
KI kennt bereits viele Anwendungsgebiete. Sie hilft, neue Medikamentezu entdecken oder zu verstehen, bei welchen anderen Erkrankungen be-stehende Arzneimittel noch wirksam sein können. Und sie bietet wertvolleUnterstützung im klinischen Bereich, wie Folkman erklärt: „Machine-Learning-Modelle können etwa akutes Nierenversagen vorhersagen,indem die Aufzeichnungen der Gesundheitsdaten ausgewertet werden,oder aus den Monitoring-Daten auf der Intensivstation vorzeitig erken-nen, dass der Kreislauf zusammenbrechen wird.“ Mit diesem technologi-schen Beistand können Ärzte informierter Entscheidungen treffen – unddas deutlich schneller. Das gibt ihnen mehr Zeit für andere Aufgaben, dieKI nicht übernehmen kann. Eine große Aufgabe für Informatiker, wie Folk-man betont: „Unsere Aufgabe ist nicht nur, genauere KI zu entwickeln. DieTechnologie muss auch noch besser interpretierbar und verlässlichwerden.“
Maßgeschneiderte Medizin
Der Weg zur personalisierten Medizin ist längst eingeschlagen. NebenÄrzten und Forschern spielen IT-Fachkräfte für die Weiterentwicklung desBereichs eine wichtige Rolle. Medizinisches Wissen ist dabei keine Vor-aussetzung, im CeMM gibt es beispielsweise auch Developer, die sich indie Bioinformatik eingearbeitet haben. Die Healthcare-IT ist ohnehinTeamarbeit: Bei Philips Healthcare arbeiten medizinische Fachkräfte undIT-Experten eng zusammen, bei allaboutapps bringt meist der Kunde, derdie App in Auftrag gibt, das medizinische Wissen ein. Und bei g.tec tum-meln sich neben Programmierern auch Neurowissenschaftler, Psycholo-gen, Ergo- und Physiotherapeuten. Ein ideales Feld für kommunikativeQuerdenker, die in der Gruppe an spannenden Aufgaben tüfteln wollen.—
Foto: Petra Spiola
Dietmar Maierhofer,Leiter der BereicheHealthcare Informatikund Connected Care beiPhilips Healthcare
Foto: Shutterstock/ChooChin
Alles im Blick:Monitoring ist in denSpitälern längstStandard.
Das Recoverix-Interfacevon g.tec bringtMenschen nach einemSchlaganfall wiederzurück in ihre alteNormalität.
Fotos: g.tec medical engineering GmbH
Christoph Guger,Gründer von g.tec
Mit Machine Learningwird das Brain-Computer-Interface aufdas menschliche Gehirnkalibriert.
Markus Vincze mit „Hobbit“(im Vordergrund in Weiß),der ältere Menschen zuhauseunterstützt, und „Werner“(hinten in Grün), derPatienten im Haus derBarmherzigkeit zur richtigenStation geführt hat.
Foto: TU Wien
Die 120 cm große „Amy“ ist unteranderem in der Klinik Floridsdorf imEinsatz. Mit Android-Betriebssys-tem, Mikros, Infrarot-Kameras,Touchscreen, Sprachaufzeichnungund -wiedergabe ausgestattet, sollsie bei der Orientierung im Hausunterstützen und Kindern die Warte-zeit verkürzen.
Foto: C. Jobst/PID
HEALTHCARE-ROBOTER
„Kleine Dinge bereiten
die größten Schwierigkeiten“
Markus Vincze leitet die Forschungsgruppe „Sehen für Robotik“ ander TU Wien. Im Interview erklärt er, warum die Angst vor Roboternüberzogen ist und was die mechatronischen Gefährten für Gesundheitund Pflege leisten können – und was nicht.
Sie forschen daran, Robotern das Sehenbeizubringen. Wie weit ist dieEntwicklung fortgeschritten?
Vincze: In einer geordneten Umgebung, wodie Gegenstände einzeln am Tisch stehen,funktionieren die Erkennung und das Grei-fen gut. Bei Unordnung und unterschiedli-chen Lichtverhältnissen ist die Aufgabehingegen viel schwerer. Ein Griff in denKühlschrank, um etwas Bestimmtes her-auszuholen, ist noch in weiter Ferne. GroßeSchwierigkeiten bereiten uns die kleinenDinge, etwa einen Bleistift aufzuheben.
Wie funktioniert das Erfassen technisch?
Kameras und Sensoren liefern Farb- undTiefenbilder. So kann der Roboter Form,Textur und eventuelle Beschriftungen ler-nen, wiedererkennen und das Gesehene inObjektklassen einordnen. Aus jeder neuenSituation und mit jedem neu eingelerntenObjekt versuchen wir, diese Fertigkeiten zuerweitern.
Was unterscheidet einen Industrierobotervon einem für die Medizin?
In der Industrie herrschen klare Verhältnis-se: Wo der Roboter hinfährt, welche Hand-griffe er tätigt, ist fix einprogrammiert.Jedes Teil, mit dem er hantiert, wird einge-lernt – eine vergleichsweise einfacheÜbung. Bei Anwendungen am Menschensind die Sicherheitsvorgaben und der tech-nische Aufwand ungemein höher. Das Da-Vinci-Operationssystem verfügt etwa überhochwertige Bildgebungsmethoden, mit
den 2-D-Ultraschallsonden am Roboterarmwird jeder Patient mit seinen Eigenheitengenau erfasst. Der große Vorteil ist die Prä-zision. Nehmen wir das Beispiel Hüft-OP:Die vorgegebene Geometrie der künstli-chen Hüfte kann der Roboter perfekt aus-fräsen, viel besser als der Mensch. Und derArzt überwacht das System, denn das gehtnur als rückgekoppelte Schleife.
In manchen Spitälern und Pflegeheimenkommt Serviceroboter „Amy“ zumEinsatz. Ist das der erste Schritt zumPflegeroboter?
Das ist eine der ersten Anwendungen, woRoboter helfen können. Wir hatten ein ähn-liches Projekt im Haus der Barmherzigkeit:„Werner“ hat Besucher gefragt, wo sie hin-wollen, und dorthin geführt. Einem Patien-ten aus dem Sessel zu helfen, ist derzeitaber noch undenkbar. Die Gefahr, dass Ses-sel und Roboter umkippen, ist groß. DerRoboter müsste sehr schwer und stabilsein. In Wahrheit sind wir sehr einge-schränkt. Staubsauger- und Mähroboterhaben viele schon daheim. Der nächsteSchritt ist aber ein Roboter mit Arm, derauch Dinge zu Hause bewegt undaufräumt.
Wo sehen Sie Potenzial?
Ein Roboter, der hilft, ältere Personen zuHause zu unterstützen und aktiv zu halten.„Hobbit“ war bei Senioren zuhause im Ein-satz und so programmiert, dass er nach al-lem greift, was auf dem Boden liegt – ohne
das Objekt genau zu erkennen. So hilft er,mögliche Stürze zu vermeiden. Noch grö-ßeres Potenzial hätte ein Roboter, der dieWohnung aufräumt. „Hobbit“ ist ein ersterSchritt in diese Richtung.
Wie groß ist die Akzeptanz, sich voneinem Roboter helfen zu lassen?
Dass ein Roboter bei Hygiene und Toilettehilft, ist vielen sicher weniger peinlich. Aberer ersetzt keinen persönlichen Kontakt undkann Menschen nicht dazu bringen, etwaszu tun, was sie nicht möchten, etwa Medi-kamente einzunehmen. Dazu wird es wei-terhin Pflegekräfte brauchen. Roboter kön-nen mit kleinen Tätigkeiten unterstützen.
Wie begründet finden Sie die Angst, dassRoboter den Menschen eines Tagesersetzen werden?
Komplett unbegründet! In Europa herrschtdiese Angstkultur, während die Menschenin Japan hellauf begeistert sind, wenn einRoboter singt und tanzt. In Wahrheit warendie Fortschritte in den letzten Jahren arm-selig. Ein Roboter kann unglaublich wenig:klar definierte Handgriffe tätigen und imKrankenhaus Smalltalk führen.
Foto: Maximilian Stelzer
Michael Rosenzweig-Steiner, Gründer vonallaboutapps
„Eine falsche Angabewiegt bei einermedizinischen Appdeutlich höher, als wennder Wert in der Lauf-App etwas abweicht.“
Ein Schnappschuss vom Muttermal genügt, schonzeigt das Smartphone das Hautkrebsrisiko über eineAmpelfarbe an – mit einer Zuverlässigkeit von über90 Prozent. Die vom Grazer Start-up medaiaentwickelte App setzt einen Algorithmus ein, derüber Jahre per Machine Learning trainiert wurde.Eine hilfreiche Anwendung, schließlich erkrankt jederFünfte in seinem Leben an Hautkrebs. Einen Gangzum Dermatologen ersetzt die App freilich nicht.
Diabetes im Griff
mySugr
Diabetiker müssen alles akribisch dokumentierenund die richtigen Schlüsse ziehen – ein Leben lang.mySugr wurde programmiert, um ihnen den Alltagzu erleichtern. Sie tragen Blutzuckerwerte,Mahlzeiten und weitere Daten ein bzw. speisen sichdiese per Bluetooth von kompatiblen Wearablesdirekt in die App. Mühsames Kopfrechnen ist passé:Die nächste Insulindosis erscheint einfach amScreen. Und Reports für den Arzt sind auchverfügbar.
Stimmungsradar
Mood Patterns
Psychische Belastungen sind durch die Covid-Pandemie größer geworden. Was sind die Ursachen,hängen sie beispielsweise mit einem bestimmtenOrt zusammen? Ein Stimmungstagebuch zu führenkann helfen. Die lernfähige Software von MoodPatterns stellt Zusammenhänge her und analysiertdie Daten. Und diese bleiben am Smartphone – undnur dort –, da die App über keine Internet-Berechtigung verfügt.
Für ruhige Nächte
Snore Free
Schnarchen kann nicht nur Beziehungen auf dieProbe stellen, es verschlechtert auch den Schlaf undvermindert so die Leistungsfähigkeit im Alltag. DerWiener Logopäde Dario Lindes hat eine Methodeentwickelt, um die Halsmuskulatur zu stärken. Esgenügt, einen Monat lang täglich zehn Minuten zuüben, und schon gehören die sägenden Störgeräu-sche der Vergangenheit an. Eine Trainings-App fürSchnarchnasen also, die es nicht mehr sein wollen!
Virtuell Ängste abbauen
Kinderinsel
Um Kindern Ängste vor der bevorstehenden Operati-on zu nehmen, setzt die Uniklinik für Kinderchirurgiedes Inselspitals in Bern auf eine VR-App. Mit einerCardboard-Brille, in die sie ein Smartphone stecken,lernen die jungen Patienten den Pinguin Kimi kennenund begleiten ihn durchs Krankenhaus. Während dasKind sich mit dem Ort vertraut macht, können dieEltern auf einem zweiten Smartphone mitverfolgen,was es erlebt.
Allergie-Alert
Pollen
Allergische Beschwerden dokumentieren und mitdem aktuellen Pollenflug vergleichen – das geht mitder App des Österreichischen Pollenwarndiensts derMedUni Wien. Nicht nur lokale Infos sind abrufbar,die App gibt auch Warnungen zur persönlichenBelastung aus und erinnert an relevante Blühzeiten.Durch diverse Kooperationspartner, die entsprechen-de Daten liefern, ist die App auch in anderen Ländernnutzbar, etwa in Deutschland, der Schweiz undSüdtirol.