Interview MedtecLIVE 2024

Forschungsprojekt DAIOR: Verteilte Künstliche Intelligenz für den Operationssaal

Im Forschungsprojekt DAIOR arbeitet das Fraunhofer IPA mit Partnern daran, den OP der Zukunft mit Künstlicher Intelligenz (KI) und roboter-assistierter Telechirurgie zu realisieren. Dabei sollen chirurgische Daten mit KI-Methoden analysiert werden, um Operationen in Echtzeit zu unterstützen.

Ziel von DAIOR ist es, Daten zu nutzen, um medizinisches Personal bei der Behandlung oder bei der Operation von Patientinnen und Patienten zu unterstützen. Das Akronym ist die Abkürzung für „Distributed Artificial Intelligence for the Operating Room“: Durch die Analyse von Daten, Optimierung von Workflows und die Nutzung von Erfahrungswerten aus früheren Operationen sollen Algorithmen trainiert werden.

Auf diese Weise kann eine K.I.-generierte Datenanalyse dem klinischen Personal in Echtzeit und standortunabhängig helfen, die Versorgung der Patienten und Patientinnen zu verbessern. In dem interdisziplinären Konsortium mit Fachkompetenzen aus Medizin und Technik arbeitet das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) zusammen mit dem Institute of Image-Guided Surgery (IHU) und dem Bosch Digital Innovation Hub (KTBW) in Stuttgart. Gefördert wird das Projekt durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Lokales Wissen als ortsübergreifende Trainingsdaten für KI-Modell

Die Nutzung medizinischer Daten ist meist auf einen Standort begrenzt. Behandlungen sind standortabhängig, da es im Gesundheitswesen kaum Möglichkeiten zum Datenaustausch gibt. Eine weitere Herausforderung sind die verschiedenen Formate der Daten wie Bilder, Texte und Videos. Diese erschweren es, Zusammenhänge zu erkennen und für die Behandlung von Patientinnen und Patienten zu nutzen. Damit das nicht so bleibt, werden im Projekt DAIOR KI-Modelle mit verteilten Lernansätzen mit dem lokal verfügbaren Wissen trainiert.


„Das Wissen kann so anderweitig verwendet werden, ohne dass sensible Daten den jeweiligen Standort verlassen“, sagt Johannes Horsch, Leiter Medizintechnische Assistenzsysteme am Fraunhofer IPA. So werde verteiltes Wissen gebündelt und ortsunabhängig verfügbar gemacht. „Durch die Methoden des föderalen Lernens können in DAIOR Trainingsdaten aus verschiedenen Standorten, sogar über Ländergrenzen hinweg genutzt werden, während die Daten an den Standorten verbleiben und so gleichzeitig der Schutz der Patientinnen- und Patientendaten sichergestellt ist.“


Standortunabhängige Operationen mit roboter-assistierter Telechirurgie

Für die ortsübergreifende roboter-assistierte Telechirurgie wird in DAIOR ein KI-Modell entwickelt, das Verzögerungen in der Datenkommunikation auf beiden Seiten kompensieren kann, indem es die darauffolgenden Schritte voraussagt. „Das funktioniert ähnlich wie unser Gehirn“, erklärt Horsch. „Unser Gehirn berechnet ständig unmittelbar mögliche Szenarien. Genauso agiert auch die KI.“ Diese werde kontinuierlich in Echtzeit mit Daten versorgt und sei daher in der Lage, die nächsten Schritte vorherzusagen und Operateurinnen und Operateuren zu assistieren.

Mit dieser roboter-assistierten Telechirurgie könnten schon bald Operationen standortunabhängig über das Internet durchgeführt werden. Das ermöglicht, freie OP-Kapazitäten flexibel zu nutzen: Operationen können schneller durchgeführt und Patienten besser medizinisch versorgt werden. „Das ist ein Meilenstein in der Versorgung von Patienten, besonders in der Notfallmedizin, bei der es oft auf Sekunden ankommt, beispielsweise bei einem Herzinfarkt oder Schlaganfall“, so Horsch. Außerdem kommt den Patienten zugute, dass das klinische Personal mehr Zeit für die Behandlung zur Verfügung hat.