Digitalisierung in der Medizintechnik - Bundesministerium für ...
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Digitalisierung in der Medizintechnik
1
Inhaltsverzeichnis
1. Digitale medizintechnische Innovationen vorantreiben 2
2. Beispiele aus der Förderung 6
2.1 Herz-Kreislauf-Erkrankungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Tumorerkrankungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Neurologische Erkrankungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4 Psychische Erkrankungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5 Erkrankungen der Sinnesorgane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6 Erkrankungen des Bewegungsapparates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3. Der Weg in die Förderung 44
4. Anhang 48
Geförderte Projekte im Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Impressum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Digitale meDizintechnische innovationen vorantreiben 3
1. Digitale medizintechnische
Innovationen vorantreiben
Die zunehmende Digitalisierung des gesellschaftlichen dabei Innovationen aus den Entwicklungsabteilungen
Lebens verändert die Anforderungen an eine moderne der vielen kleinen und mittleren Unternehmen, die
Gesundheitsversorgung und bietet zugleich Chancen die deutsche Medizintechnik-Branche prägen und die
für ein effizienteres Gesundheitssystem. Dieses Poten- sich vielfach als wichtige Spieler im globalen Markt
zial gilt es in Deutschland noch stärker zu nutzen. Mit etabliert haben.
seiner Medizintechnik-Förderung gestaltet das Bun-
desministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die Bei Neuentwicklungen steht nun die Digitalisierung
Digitalisierung der Gesundheitsversorgung aktiv mit. immer häufiger im Fokus. So werden die Hardware-
Komponenten vieler Medizinprodukte oder medizin-
technischer Geräte vermehrt durch Software ergänzt
Für viele Menschen mag die digitale Gesundheits- und untereinander digital vernetzt. Künstliche
versorgung noch nach Zukunftsmusik klingen, doch Intelligenz (KI) wird genutzt, um lernende Algorith-
fest steht: Neue medizintechnische Lösungen, die den men zu entwickeln, die aus den eingespeisten Daten
rasanten Fortschritt der Informationstechnologie Analysen verschiedenster Art hervorbringen – für
nutzen, sind immer mehr auf dem Vormarsch. Diese diagnostische oder therapeutische Zwecke in der
Entwicklung folgt einem Trend, der bereits vielfach Gesundheitsversorgung. Ob als medizinische App, als
unseren ganz normalen Alltag prägt. Viele Menschen IT-gestützte Diagnostik, Prothesen aus dem 3D-Druck
nutzen Fitness-Tracker, Smartwatches oder Gesund- oder computerassistierte OP-Roboter – die Anwen-
heitsapps, die Körper- und Fitnessdaten dokumentie- dungsgebiete sind vielfältig und das volle Potenzial
ren, an die Einnahme von Medikamenten erinnern noch längst nicht ausgeschöpft. An vielen Entwick-
oder als elektronische Tagebücher dem Kalorien- lungen wird derzeit geforscht und manches steckt
zählen dienen. Inzwischen sind innovative digitale auch noch in den Kinderschuhen. Klar ist jedoch: Als
Ansätze auch in der Medizintechnik verstärkt auf der zentraler Innovationstreiber wird die Digitalisierung
Agenda. die Gesundheitsversorgung maßgeblich verändern.
Effizienz im Gesundheitssystem
verbessern
„ Die Digitalisierung wird
die Gesundheitsversorgung
Ein Ziel zahlreicher Innovationsanstrengungen ist
es, die Effizienz des Gesundheitssystems mit Blick auf
eine bedarfsgerechte Versorgung von Patientinnen
und Patienten noch weiter voranzutreiben. Die Digi-
maßgeblich verändern.
“
Digitale Entwicklungen können die Errungenschaf-
talisierung ist hierbei ein entscheidender Baustein. Sie ten aus Informationstechnologie und Medizintechnik
kann dazu beitragen, das bereits existierende, quali- gezielt zusammenführen. Sie besitzen das große Po-
tativ hochwertige Gesundheitssystem der Bundesre- tenzial, die Gesundheitsversorgung effizienter zu ge-
publik Deutschland noch weiter zu verbessern. Schon stalten und Diagnostik sowie Therapien entscheidend
heute bieten eine gut ausgebaute Infrastruktur an zu verbessern. Zukünftig sollen schnellere, präzisere
stationären und ambulanten Versorgungszentren, ein und schonendere Verfahren zur Verfügung stehen,
breites Netz an Universitätskliniken, hoch qualifi- die zur Lebensrettung, Behandlung und Heilung von
ziertes medizinisches Fachpersonal sowie zahlreiche Patientinnen und Patienten dienen oder die Lebens-
Rehabilitations- und Pflegeinrichtungen Patientin- qualität Betroffener sowie ihrer Angehörigen erhö-
nen und Patienten im Krankheitsfall ein etabliertes hen. Darüber hinaus kommt es zunehmend darauf an,
Versorgungsnetz. Darüber hinaus kann Deutschland verschiedene bisher getrennt voneinander arbeitende
auf die hohe Innovationskraft der hiesigen Gesund- Produkte und Geräte zu vernetzen, Datenströme zu
heitswirtschaft setzen. Eine große Bedeutung spielen verbinden und Patientendaten kontinuierlich zu erhe-
4 Digitalisierung in Der meDizintechnik
ben sowie eine datenschutzgerechte Speicherung und die Behandlungen zu verbessern, individualisierter zu
effiziente Analyse zu ermöglichen. Vor diesem Hin- gestalten sowie schneller und schonender durchzu-
tergrund entwickeln Medizintechnik-Unternehmen führen. Chirurgische Instrumente werden beispiels-
verstärkt Systemlösungen, die verschiedene Produkte weise durch Sensoren und Software zunehmend intel-
und Dienstleistungen gebündelt anbieten. ligenter: Skalpelle erkennen ihre Position im Körper
und können die Operateure rechtzeitig warnen, bevor
gesundes Gewebe gefährdet ist. Langfristig sehen
Von digitaler Diagnostik Experten auch ein großes Anwendungspotenzial von
zur digitalen Therapie Digitalisierung darin, Mediziner bei der Auswahl der
richtigen Behandlung zu unterstützen oder ein thera-
piebegleitendes Monitoring zu ermöglichen.
Auf Basis dieser Entwicklungen werden neue digitale
medizintechnische Lösungen die Gesundheitsversor- Doch die Medizintechnik eröffnet noch sehr viel
gung nachhaltig verbessern. Schon heute hat sich die mehr Anwendungsfelder digitaler Lösungen. Intelli-
Digitalisierung über die Versorgungsstufen hinweg gente Implantate, Orthesen und Prothesen, die Akto-
– von der Prävention und Diagnose über die Therapie rik, Sensorik und Signalverarbeitung in sich vereinen,
und Nachsorge bis hin zur Rehabilitation und Pflege – geben verstärkt – auch einer alternden Bevölkerung –
in vielen Bereichen bereits durchgesetzt oder ist dabei, die Chance, ein weitgehend selbstständiges Leben bei
sich zu etablieren. Dies gilt vor allem für bildgebende hoher Lebensqualität zu führen. 3D-Drucker können
diagnostische Verfahren, die große Datenmengen schon heute Knochen herstellen, die dem Operateur
mithilfe von KI verarbeiten und analysieren. Auf diese als Vorlage dienen. Langfristig wäre ein Einsatz direkt
Weise werden digitale Roboterassistenz-Systeme erst im Patienten denkbar. Telemedizin und E-Health
ermöglicht, können computerassistierte chirurgische tragen zudem im ländlichen Raum trotz zum Teil ge-
Operationen durchgeführt und vernetzte Operations- ringerer Ärztedichte zu einer sicheren und qualitativ
säle aufgebaut werden. All dies geschieht mit dem Ziel, hochwertigen Gesundheitsversorgung bei. Ansätze,
Digitale meDizintechnische innovationen vorantreiben 5
die unter Einbindung Virtueller Realitäten (VR) Relevante Fördermaßnahmen des BMBF i
entwickelt werden, unterstützen unter anderem die
Therapie von psychischen Erkrankungen. Medizintechnische Lösungen für eine digitale
Gesundheitsversorgung
Großes Potenzial besteht zudem in der Vernetzung der
klinischen Prozesse, die bislang vielfach noch nicht KMU-innovativ: Medizintechnik
gegeben ist. Künftig könnte eine durchgängig digital
gestützte und patientenorientierte Versorgungsket- Individualisierte Medizintechnik
te zu einer deutlich effizienteren und effektiveren
Patientenversorgung führen. Digitale Innovationen Kleine Patienten, großer Bedarf − Medizintechnische
erlauben neue Formen der Kommunikation und Lösungen für eine kindgerechte Gesundheitsversorgung
Kooperation zwischen ärztlichem Fachpersonal und
Patientinnen und Patienten, aber auch zwischen un- Immer vor Ort – mobile medizintechnische Lösungen
terschiedlichen Versorgungseinrichtungen. Experten für eine patientenfreundliche Gesundheitsversorgung
sehen daher in der Digitalisierung große Hoffnung
für das Gesundheitssystem und mancherorts ist sie Bildgeführte Diagnostik und Therapie – Neue Wege
bereits fester Bestandteil der klinischen Routine. in der Intervention
Gleichwohl ist der Forschungs- und Entwicklungsbe-
darf noch groß und das Potenzial vielfach noch nicht Aufbau von Industrie-in-Klinik-Plattformen zur
ausgeschöpft. Entwicklung innovativer Medizinprodukte
Förderung orientiert sich am
medizinischen Bedarf orientierten Patientenversorgung. In den Verbund-
projekten arbeiten Medizintechnik-Unternehmen
eng mit Forschungseinrichtungen und Kliniken
Die Digitalisierung ist aber nicht nur für die Gesund- zusammen. Relevante Fördermaßnahmen im Bereich
heitsversorgung, sondern auch für die Unternehmen Digitalisierung sind insbesondere die Förderrichtli-
selbst eine große Herausforderung. Damit digitale nie „Medizintechnische Lösungen für eine digitale
Innovationen schneller bei den Patientinnen und Gesundheitsversorgung“, aber auch die themenoffene
Patienten ankommen und gleichzeitig die Innovati- Bekanntmachung „KMU-innovativ: Medizintechnik“
onskraft der Medizintechnikbranche auch künftig (alle relevanten Fördermaßnahmen siehe Kasten).
gestärkt wird, bietet das BMBF zielgerichtete Förder-
maßnahmen an. Sie sind im Fachprogramm Medi- Diese Broschüre bietet einen ersten Einblick in die
zintechnik verankert, das im Mai 2016 veröffentlicht vom BMBF geförderten Medizintechnik-Projekte in
wurde. Das auf zehn Jahre ausgelegte Fachprogramm sechs medizinischen Anwendungsfeldern, die stell-
Medizintechnik ist in die aktuelle Hightech-Strategie vertretend für das enorme Potenzial und die Band-
2025 und in das Rahmenprogramm Gesundheitsfor- breite digitaler medizintechnischer Lösungen stehen.
schung der Bundesregierung eingebettet. Beispielhaft werden Projekte in den Indikationsge-
bieten Herz-Kreislauf-System, Onkologie, Neurologie,
Wichtigstes Ziel ist es, innovative Ansätze aus der For- Psychiatrie, Sinnesorgane und Bewegungsapparat
schung schneller in die Anwendung und damit in die vorgestellt. Die Kapitel geben einen Einblick in die je-
Gesundheitsversorgung zu bringen. Das Programm weilige Erkrankung, in den medizinischen Bedarf und
setzt dafür im Kern auf eine versorgungs- und zu- das Potenzial, das die Digitalisierung konkret bietet.
gleich industrieorientierte Innovationsförderung im Pro Themengebiet wird einem Verbundprojekt aus der
Dienste der Patienten. Ein besonderer Schwerpunkt BMBF-Medizintechnikförderung ein doppelseitiges
im Fachprogramm Medizintechnik liegt auf dem Porträt gewidmet. Ergänzende Kurzsteckbriefe zu
Handlungsfeld Innovationstreiber. Dabei orientiert vier weiteren Verbundprojekten zeigen die Vielfalt der
sich die Förderung an dem Leitmotiv der bedarfs- Innovationen, an denen derzeit gearbeitet wird.
BEISPIELE AUS dEr FördErUng 7
2. Beispiele aus der Förderung
Die Digitalisierung treibt Innovationen in der Medizin- Gesundheitsversorgung. Gleichzeitig bietet sich die
technik voran. Das Bundesministerium für Bildung und Chance, das Gesundheitssystem effizienter zu ge-
Forschung unterstützt Akteure aus Wissenschaft und stalten. Ziel der BMBF-Förderung im Bereich Medi-
Wirtschaft dabei, die Medizintechnik der Zukunft zu zintechnik ist es, innovative digitale Ansätze in die
entwickeln. Gesundheitsversorgung zu integrieren, vor allem bei
Erkrankungen mit hohem medizinischen Bedarf. Die-
Mit der Digitalisierung des gesellschaftlichen Lebens se sechs Anwendungsbereiche stehen stellvertretend
steigen auch die Anforderungen an eine moderne für das Potenzial digitaler Medizintechnik-Lösungen:
2.1 Herz-Kreislauf-Erkrankungen 2.4 Psychische Erkrankungen
Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind als chroni- Psychische Erkrankungen stehen gemeinsam mit
sches Krankheitsbild eines der häufigsten und neurologischen Krankheitsbildern an der Spitze
gesundheitsökonomisch relevantesten Gesund- der Liste weltweiter Erkrankungen. Depressionen,
heitsprobleme weltweit. Digitale Medizinproduk- Angstzustände und Süchte sind die häufigsten
te haben bei der Behandlung chronisch Kranker Ursachen für Arbeitsunfähigkeit. Digitale Medi-
erhebliche Vorteile gegenüber anderen Therapie- zinprodukte können Diagnostik, Therapie und
formen. Nachsorge verbessern.
siehe Seite 10 siehe Seite 28
2.2 Tumorerkrankungen 2.5 Erkrankungen der Sinnesorgane
Krebserkrankungen haben oft schwerwiegende Erkrankungen der Sinnesorgane und der Sinnes-
oder lebensverändernde Folgen für die Patienten verarbeitung haben für Patienten schwerwiegen-
und verursachen hohe volkswirtschaftliche Kos- de Folgen und schränken die soziale Teilhabe in
ten. Die Digitalisierung der Medizintechnik hilft großem Maße ein. Durch Erfassung und Beein-
dabei, Produkte zu entwickeln, die stärker auf flussung elektrophysiologischer Vorgänge können
den einzelnen Patienten zugeschnitten sind und innovative digitale Medizinprodukte zukünftig
damit effizienter helfen. für Besserung sorgen.
siehe Seite 16 siehe Seite 34
2.3 Neurologische Erkrankungen 2.6 Erkrankungen des Bewegungsapparates
Neurologische Erkrankungen wie Schlaganfall Beschwerden des Bewegungsapparates sind eine
oder Demenz sind in einer älter werdenden Be- häufige Ursache für Schmerzen und Einschrän-
völkerung auf dem Weg, zu Volkskrankheiten zu kungen, die Medikamente und Operationen
werden. Digitale Medizintechnik hilft dabei, die notwendig machen. Die Digitalisierung verbessert
komplexen neurologischen Erkrankungen früher Diagnose- und Behandlungsverfahren. Heilungs-
zu erkennen und eröffnet neue Ansätze für die chancen werden dadurch erhöht, mehr Teilhabe
Therapie. möglich und die Therapie effizienter.
siehe Seite 22 siehe Seite 40
2.1 Herz-Kreislauf-Erkrankungen
Herz-Kreislauf-Erkrankungen gehören zu den häufigsten Teil der Krankheitslast sowie der krankheitsbedingten
Krankheits- und Todesursachen in Deutschland. Darüber Sterblichkeit dar. In Deutschland geht über ein Drittel
hinaus sind sie mit erheblichen individuellen Krank- aller Todesfälle auf diese Erkrankungen zurück. Ins-
heitsfolgen verbunden und verursachen die höchsten gesamt starben im Jahr 2017 nach Zahlen des Statis-
Krankheitskosten. Deshalb sind rechtzeitige Prävention, tischen Bundesamtes mehr als 340.000 Männer und
Erkennung und Behandlung besonders wichtig. In den Frauen an koronarer Herzerkrankung, Herzinfarkt,
vergangenen Jahren wurden wesentliche Fortschritte bei Herzschwäche, Schlaganfall oder anderen Erkran-
der Versorgung von Herz-Kreislauf-Patienten erreicht. Mit kungen des Herz-Kreislauf-Systems. Vor allem ältere
der Digitalisierung geht ein Innovationsschub einher. Sie Menschen sind von Erkrankungen des Herz-Kreislauf-
ermöglicht, das komplexe Herz-Kreislauf-System sowie Systems betroffen, doch die Zahl der Erkrankten unter
die Entstehung und den Verlauf der Erkrankungen besser 50 Jahren ist steigend.
zu analysieren und mit den gewonnenen Erkenntnissen die
Diagnose, Therapie und Vorbeugung zu optimieren.
Versorgung von Herzschwäche-
Patienten verbessern
Zu den Herz-Kreislauf-Erkrankungen zählen im wei-
testen Sinne alle Krankheiten des Herzens und des Ge-
fäßsystems. Das Spektrum reicht von Bluthochdruck In den vergangenen Jahren konnten wichtige Fort-
und Venenthrombosen über Herzrhythmusstörungen schritte in der Herz-Kreislauf-Forschung erreicht
bis hin zu koronarer Herzkrankheit, Herzinfarkt werden. Insbesondere wurden viele Ursachen
oder Schlaganfall. Erkrankungen des Herz-Kreislauf- gefunden und zahlreiche neue Diagnose- und
Systems sind häufig und stellen global einen großen Therapiemöglichkeiten entwickelt. Dank modernerBEISPIELE AUS dEr FördErUng 9
Katheterverfahren und besserer Diagnostik hat sich Innovationsschub in der Kardiologie
die Situation bei Patientinnen und Patienten mit
koronarer Herzerkrankung oder Infarkt spürbar
gebessert. Auch bei den Herzklappenerkrankungen In der technischen und interventionellen Kardiologie
hat es mithilfe minimalinvasiver Behandlungsme- sind es insbesondere die bildgebenden und bildverar-
thoden in den letzten Jahren große therapeutische beitenden Systeme, bei denen die Digitalisierung einen
Fortschritte gegeben. Daher können bei rechtzeitiger enormen Innovationsschub bringt: Computerbasierte
Diagnose heutzutage Herz-Kreislauf-Erkrankungen Simulationen des Blutflusses werden beispielsweise
oftmals gut behandelt werden. Bedeutenden Erfolgen genutzt, um Engstellen der Herzkranzgefäße anhand
stehen in der Herz-Kreislauf-Medizin jedoch Bereiche von computertomographischen (CT)-Aufnahmen
gegenüber, bei denen es sowohl in der Forschung als besser zu beurteilen. Die fusionierten Informationen
auch in der Versorgung Nachholbedarf gibt. können auch als Grundlage für Navigation und Robotik
im Operationssaal genutzt werden, um Zielstrukturen
Das gilt beispielsweise für die Diagnose und individu- genauer zu erfassen und die Präzision bei Eingriffen zu
alisierte Therapie der Herzschwäche („Herzinsuffizi- erhöhen. Dies ermöglicht ein schonenderes Vorgehen
enz“). Diese Erkrankung hat in den letzten zwei Jahr- für die Betroffenen und gleichzeitig die Senkung der
zehnten deutlich an Bedeutung gewonnen. Zwischen Strahlenbelastung im Rahmen der klinischen Bildge-
1995 und 2017 verdoppelte sich die Erkrankungshäu- bung. Auch in vielen anderen Bereichen sind derartige
figkeit. Die Ursachen dieser Erkrankung sind vielfäl- Kombinationen vielversprechend, etwa bei der Be-
tig: Herzmuskelerkrankungen, Bluthochdruck, Herz- handlung von Herzklappenerkrankungen.
klappenfehler, eine Verengung der Herzkranzgefäße
und vieles mehr. Das Gefährliche an einer Herzinsuf-
fizienz ist, dass die Symptome erst auftreten, wenn die
Krankheit bereits weit fortgeschritten ist. In der Folge
sinken die Behandlungsmöglichkeiten und -erfolge.
An dieser Stelle werden Innovationen benötigt, um ei-
nerseits die Ursachen zu bekämpfen und andererseits
die Diagnose- und Therapieverfahren zu verbessern.
Digitale Lösungen für eine
aussagekräftige Diagnose
Das Herz-Kreislauf-System besteht aus einem komple-
xen Zusammenspiel von Herzklappen, Muskulatur und
Gefäßsystem. Digitale Lösungen haben das Potenzial,
dieses komplexe System zu erfassen, zu analysieren
und für eine Verbesserung der Prävention, Diagnosen
und Therapien von Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu
nutzen. Ebenso lassen sich mithilfe der Analyse von pa-
tientenspezifischen Daten individuelle Risikofaktoren
von Menschen identifizieren und für Präventionsmaß-
nahmen nutzen. Mobile digitale Anwendungen können
bei der integrierten Gesundheitsversorgung von Risi-
kopatienten gute Dienste leisten, um etwa Herzinfarkte
oder Schlaganfälle rechtzeitig zu erkennen und eine
schnelle Behandlung einzuleiten. In der interventionellen Kardiologie hat die Digitalisierung einen
großen Innovationsschub gebracht.10 dIgItALISIErUng In dEr MEdIzIntEchnIk
Neue Screening-Technologie soll Leben retten
Aussackungen der Hauptschlagader sind lebensgefähr- Vorarbeiten nötig. Nach Computermodellierung und
liche Erkrankungen, die oft erst entdeckt werden, wenn Bau eines Simulators ist das CardioInBaMed-Projekt
es schon zu spät ist. Im BMBF-Förderprojekt die dritte Forschungs- und Entwicklungsstufe. Zum
CardioInBaMed wird eine neue Methode zur Früh- ersten Mal gibt es eine Proof-of-Concept-Studie mit
erkennung derartiger Aneurysmen entwickelt und echten klinischen Patientendaten. Außerdem wer-
erstmals bei Patienten evaluiert. den gemeinsam mit dem Unternehmen Löwenstein
Medical Technology GmbH erste Schritte in Richtung
Produkt gegangen.
Wichtig, aber unterschätzt: Bei einem Aneurysma
der Hauptschlagader, der Aorta, erweitert sich das
normalerweise drei bis vier Zentimeter schlanke Blut- Analyse der individuellen
gefäß im Bauchraum oder im Bereich des Brustkorbs Aneurysma-Wahrscheinlichkeit
und bildet sackartige Erweiterungen. „Die Betroffe-
nen merken davon in den meisten Fällen überhaupt
nichts“, sagt Tobias Krüger von der Thorax-, Herz- und Das CardioInBaMed-Projekt hat gleich mehrere hoch
Gefäßchirurgie am Deutschen Herzkompetenzzen- innovative Komponenten. So werden die an Hand und
trum am Universitätsklinikum Tübingen. „In den Fuß erfassten Pulskurven von Algorithmen analy-
meisten Fällen sind solche Aneurysmen ein Zufallsbe- siert. Mithilfe der Algorithmen soll die Wahrschein-
fund.“ Gefährlich sind Aortenaneurysmen vor allem lichkeit angegeben werden, mit der ein Aneurysma
deswegen, weil sie reißen können. Ziel müsse es daher einer bestimmten Größenordnung vorliegt. „Die He-
sein, möglichst viele Betroffene früh zu erkennen. rausforderung dabei ist, jene Signale zu erkennen, die
durch das Aneurysma und nicht durch Herztätigkeit
und peripheren Gefäßwiderstand verursacht werden“,
Screening von Risikopatienten so Bernhard.
für die Hausarztpraxis
Das hat in der kürzlich abgeschlossenen Pilotstudie
schon gut funktioniert. 67 Probanden nahmen daran
Hier setzt das BMBF-Förderprojekt CardioInBaMed teil, wovon rund ein Drittel Aneurysmen in Bauch
an, das noch bis Ende 2020 läuft. „Die Grundidee war, oder Brustkorb mit einem Mindestdurchmesser von
ein frühdiagnostisches Verfahren auf den Markt zu 4,5 Zentimetern hatte. Die Erkennungsrate der An-
bringen, das von jedem Hausarzt angewandt wer- eurysmen ist erfolgsversprechend. „Insgesamt haben
den kann“, erläutert Stefan Bernhard vom Labor für wir gute Ergebnisse erzielt, die aber natürlich noch
Biofluidmechanik an der Technischen Hochschule verbesserbar sind. Wir erreichen im Bauchraum im
Mittelhessen. Im Vorhaben werden die wissenschaft- Moment eine Genauigkeit von circa 75 Prozent, und
lichen Grundlagen eines ultraschallbasierten Diag- bei den Aneurysmen im Brustkorb liegen wir zwi-
nosesystems von Aortenaneurysmen erforscht. Dabei schen 60 und 80 Prozent“, so Bernhard.
sollen mittels eines softwarebasierten Expertensys-
tems algorithmisch Verdachtsmomente analysiert
und angezeigt werden. Aufbau einer Online-Datenbank
für die Systemoptimierung
Basierend auf diesem Verfahren, so die Überlegung,
könnten im Sinne eines stufenweisen Screenings Ri-
sikopatienten auf Hausarztebene identifiziert werden, Durch eine Optimierung der Datenverarbeitung soll
die dann vom Facharzt weiter abgeklärt und danach das System im letzten Projektjahr optimiert wer-
gegebenenfalls operiert werden können. Bis es zum den. Langfristig setzen die Wissenschaftler darauf,
aktuellen Projekt kommen konnte, war einiges an dass die Performance schrittweise steigt. Denn imBEISPIELE AUS dEr FördErUng 11
Angepasste Darstellung der Hauptschlagader (Aorta) als langgestreckte, gerade Struktur in der Bildmitte mit einem Normalbefund (links) und ge-
fährlichen Aussackungen (rechts, linke Bildhälfte). Ein neuartiges frühdiagnostisches Verfahren soll diese rechtzeitig erkennen.
CardioInBaMed-Projekt werden selbstlernende tel wäre ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt
Algorithmen genutzt, die mit jedem Patienten, den mit so vielen Unbekannten nicht möglich, ist der
sie „kennenlernen“, ihre Trefferquote steigern sollen. 41-jährige Elektroingenieur überzeugt. „Die Lösung,
Technisch umgesetzt wird der Lernprozess über eine um die es im CardioInBaMed-Projekt geht, ist das
IT-Infrastruktur, bei der Hausärzte die Screening- erste Mal überhaupt bei Menschen eingesetzt worden.
Datensätze aufzeichnen und die Auswertung dann in Zu diesem frühen Zeitpunkt Geld in eine Produktent-
einer sicheren Online-Umgebung erfolgt. So können wicklung zu stecken, ist für ein mittelständisches
Arzt und Patient sicher sein, dass der Screening- Unternehmen sonst schwierig.“
Algorithmus optimal trainiert ist. Und mit ihren
Patientendatensätzen tragen sie selbst dazu bei, dass Letztlich erweiterten Förderprogramme die Möglich-
er immer besser wird. keiten und erhöhten auch die Wettbewerbsfähigkeit
kleiner und mittelständischer Unternehmen: „Wir
Am Ende der Projektlaufzeit soll es einen funktionsfä- müssten uns sonst auf das Brot-und-Butter-Geschäft
higen Demonstrator geben. Für den Bau des Demons- beschränken und könnten die für den digitalen Wan-
trators, der das Screening und die IT-Infrastruktur del nötige Innovationsgeschwindigkeit nicht in dem
zusammenbringt, ist das Unternehmen Löwenstein Maße halten.“
Medical Technology, ein deutscher Mittelständler
mit Schwerpunkt im Bereich Heimbeatmung und
Schlaftherapie, verantwortlich. „Wenn es uns gelingt,
ein niederschwelliges Screening zu entwickeln, das
in kurzer Zeit valide Ergebnisse liefert und auch noch
von einem Nicht-Facharzt bedienbar ist, dann ist das
Marktpotenzial sehr groß“, sagt CardioInBaMed- Förderprojekt CardioInBaMed i
Projektleiter Benno Dömer, Leiter Vorentwicklung &
Anforderungen bei Löwenstein. Projekttitel: Unterstützungssystem zur
nicht-invasiven Frühdiagnos-
tik von Aortenaneurysmen
Regulatorisches Neuland
wird noch vermessen Verbundpartner: Löwenstein Medical Techno-
logy GmbH + Co. KG (Koordi-
nation);
Vor der marktreifen Lösung steht die Zertifizierung Hochschule Pforzheim
als Medizinprodukt. Die Zertifizierung der angestreb-
ten digitalen Lösung ist regulatorisches Neuland. Fördersumme: 681.131 Euro
„Hier sind wir in engem Austausch mit den Behörden
und den zuständigen Stellen, um zu klären, wie das Laufzeit: 12/2017 bis 11/2020
umgesetzt werden kann“, so Dömer. Ohne Fördermit-12 dIgItALISIErUng In dEr MEdIzIntEchnIk
Individuelle Therapie dank Künstlicher Intelligenz
Eine individuelle Therapieplanung bei Herz-Kreislauf- Förderprojekt ArtiCardio i
Erkrankungen kann helfen, OP-Zeiten für Patienten
zu verkürzen und Folgeoperationen zu vermeiden. Projekttitel: KI (Künstliche Intelligenz)-
Ziel des Projekts ist, den Arzt durch eine innovative basierte digitale Therapie-
Software dabei zu unterstützen, den optimalen Thera- unterstützung für die
pieansatz und Behandlungszeitpunkt zu bestimmen. Kardiologie
Zunächst soll die Software bei der Behandlung von
Herzklappenfehlern und Verengungen der Haupt- Verbundpartner: Siemens Healthcare GmbH
schlagader eingesetzt werden, langfristig aber auch (Koordination),
bei anderen Erkrankungen. Ausgangspunkt ist dabei Charité – Universitätsmedizin,
jeweils die Analyse der individuellen Anatomie des Berlin, 1000shapes GmbH
Patienten auf Basis moderner Bildgebung. Mithilfe
Künstlicher Intelligenz berechnet die Software die Fördersumme: 1.213.237 Euro
Strömungsverhältnisse in den Blutgefäßen und simu-
liert das Ergebnis verschiedener Eingriffe. So soll eine Laufzeit: 10/2017 bis 9/2020
für den klinischen Alltag praktikable und ökonomi-
sche Software-Lösung für eine individualisierte Thera-
pieplanung bei Herzklappenfehlern und angeborenen
Aortaverengungen zur Verfügung gestellt werden.
Entscheidungshilfe bei Intensivpatienten
Wenn Patienten mit lebensbedrohlichen Erkran- Förderprojekt IMEDALytics ii
kungen, wie schweren Infektionen oder Blutungen,
auf der Intensivstation behandelt werden müssen, Projekttitel: Intensivmedizin. Entschei-
liegt eine besondere Herausforderung darin, die im dungsunterstützungssystem
individuellen Fall jeweils optimale Art und Menge mit Datenfusion und Muster-
von Infusionslösungen zur Stützung des Kreislaufs zu erkennung für die leitlinien-
bestimmen. Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines gestützte, individualisierte
klinischen Entscheidungsunterstützungssystems, das Risikostratifizierung, Überwa-
die Daten eines Patienten mit medizinischem Erfah- chung und Therapieführung
rungswissen und algorithmischen Modellen ver-
knüpft. Auf diese Weise soll die patientenindividuelle Verbundpartner: Philips GmbH Innovative
Risikoabschätzung, Überwachung und Therapiefüh- Technologies (Koordination),
rung verbessert werden. Das innovative System ist so ergosign Ergonomie und Design
konzipiert, dass es konkrete Ergebnisse nutzerfreund- GmbH, Universitätsklinikum
lich visualisiert. Es ermöglicht so Ärztinnen, Ärzten Aachen, RWTH Aachen,
und pflegerischem Personal auf Grundlage einer um- Hochschule Trier
fassenden Datenlage eine fundierte, evidenzbasierte
Entscheidung über notwendige Therapiemaßnahmen Fördersumme: 1.522.150 Euro
zu treffen.
Laufzeit: 9/2018 bis 8/2021BEISPIELE AUS dEr FördErUng 13 Kathetereingriffe visualisieren und steuern Viele Gefäßerkrankungen lassen sich durch einen Förderprojekt NavEVAR i minimal-invasiven Kathetereingriff behandeln. Allerdings müssen die Eingriffe bisher unter Röntgen- Projekttitel: Kombinierte Navigation zur Durchleuchtung mit Kontrastmittelgabe gesteuert Endovaskulären Therapie an werden, was zu Nebenwirkungen führen kann. Diese der Hauptschlagader Risiken soll ein neuartiges Visualisierungssystem vermeiden helfen. Dabei werden computertomogra- Verbundpartner: Universität zu Lübeck phische Bilddaten aus der Planungsphase des Eingriffs (Koordination), mit intraoperativ durch spezielle Methoden (mag- Universität zu Lübeck – Insti- netisches Tracking, Glasfasertracking) gewonnenen tut für Robotik und Kognitive Daten abgeglichen und kombiniert. Der Operateur Systeme, Fraunhofer-Institut für soll dadurch Informationen erhalten, wo sich der Bildgestützte Medizin (MEVIS), Gefäßkatheter jeweils genau befindet, und zudem Lübeck, Medizinisches Laserzen- durch ein computergestütztes Augmented-Reality- trum Lübeck GmbH Verfahren einen künstlich erzeugten Einblick in das Gefäß erhalten. Das Navigationssystem wird zunächst Fördersumme: 4.190.658 Euro bei Kathetereingriffen in der Aorta erprobt, später ist auch die Anwendung in Blutgefäßen mit kleinerem Laufzeit: 10/2017 bis 9/2020 Durchmesser geplant. Planungsmodelle für Herzklappen-OPs Bei Operationen an den Herzklappen ist man für die Förderprojekt PiPEH i Planung des Eingriffs bisher auf zweidimensionale Bilddaten und das räumliche Vorstellungsvermögen Projekttitel: Patientenindividuelle des Chirurgen angewiesen. Eine endgültige Entschei- medizintechnische Planungs- dung über die verwendete Operationstechnik findet modelle für Eingriffe an häufig erst während der Operation statt. In dem Herzklappen Projekt werden daher dreidimensionale haptische Planungsmodelle mittels 3D-Druck erstellt, die die Verbundpartner: Tom Tec Imaging Systems gleiche Elastizität und Beschaffenheit wie die Herz- GmbH (Koordination), klappen besitzen. Der Operateur kann anhand der TU München, LMU München Modelle die Gewebebeschaffenheit sehen und erfüh- len und zudem mögliche Schwachstellen erkunden. Fördersumme: 1.057.748 Euro Als Grundlage für die Modelle dienen dreidimensio- nale Ultraschallbilddaten. Darüber hinaus kann das Laufzeit: 10/2016 bis 3/2020 Herzklappen-Modell vom Chirurgen durch Schnitte und Nähte verändert, digital eingelesen und darauf- hin in eine Operationsschablone übertragen werden.
2.2 Tumorerkrankungen
Knapp eine halbe Million Menschen erkrankt in Deutschland auf das Konto von bösartigen Tumoren.
Deutschland pro Jahr neu an Krebs. Tumorerkrankun- Die häufigsten Krebserkrankungen beim Mann sind
gen stellen bundesweit die zweithäufigste Todesursa- Prostatakrebs, gefolgt von Dickdarm- und Lungen-
che dar. Krebs ist zudem die am stärksten gefürchtete krebs. Im Vergleich der Krebsarten präsentiert sich der
Krankheit in der Bevölkerung. Sie wird oftmals mit Lungenkrebs als besonders tödlich. Brustkrebs ist bei
Hoffnungslosigkeit und Unheilbarkeit in Verbindung Frauen die häufigste Krebserkrankung und Krebsto-
gebracht. Medizinische Fortschritte haben jedoch dazu desursache.
beigetragen, dass Tumore früher erkannt und effekti-
ver behandelt werden können. Trotz der Alterung der
Gesellschaft ist die Krebssterblichkeit seit Jahrzehnten Heilungschancen und
zurückgegangen. Im Zuge der Digitalisierung werden Überlebensraten verbessern
neue Diagnose- und Therapiemöglichkeiten entwickelt
und optimiert.
Fast alle Krebsarten treten bei älteren Menschen
sehr viel häufiger auf als bei Jüngeren. Durch die
Das gemeinsame Merkmal aller Tumorerkrankungen wachsende Lebenserwartung erhöht sich damit für
ist das unkontrollierte Wachstum von Zellen, wo- jeden Einzelnen die Wahrscheinlichkeit, an Krebs
durch umliegendes Gewebe verdrängt wird. Tumore zu erkranken. Gleichzeitig haben Verbesserungen
können gutartig oder bösartig sein. Bösartige Tumo- bei Vorbeugung, Früherkennung und Behandlung
re, umgangssprachlich auch als Krebs bezeichnet, dazu beigetragen, dass die Heilungschancen und
durchwachsen gesundes Gewebe und zerstören es. Lebenserwartung von Betroffenen stark gestiegen
Insgesamt ging im Jahr 2015 jeder vierte Todesfall in sind. Insgesamt lebt heute mehr als die Hälfte allerBEISPIELE AUS dEr FördErUng 15
Krebspatienten noch fünf Jahre nach der Diagnose- Krankheit zudem mit vielfältigen Untersuchungen
stellung. Die Zeitspanne von fünf Jahren bedeutet bei konfrontiert. Neben Tastuntersuchungen, bildge-
vielen Tumorarten gleichzeitig eine gute Chance auf benden Verfahren wie Ultraschall, Computertomo-
dauerhafte Heilung. Die Überlebensraten sind jedoch graphien oder Röntgenaufnahmen spielt dabei auch
für Männer und Frauen, für Kinder und Erwachsene die mikroskopische Diagnostik eine wichtige Rolle.
und für einzelne Formen der Krebserkrankungen Waren hier lange Zeit rein visuelle Untersuchungen
sehr unterschiedlich. Während die Chance auf eine von Gewebeproben per Lichtmikroskop Standard,
dauerhafte Heilung für Kinder mit Leukämien, bei setzen sich heutzutage zunehmend innovative digitale
Frauen mit bestimmten Formen von Brustkrebs und Lösungen durch, die eine noch größere Detailtiefe der
jungen Männern mit Hodenkrebs inzwischen deut- gewonnenen Informationen erlauben.
lich gestiegen sind, ist die Prognose für Patienten mit
Bauchspeicheldrüsenkrebs, Speiseröhrenkrebs oder So werden mikroskopische Aufnahmen von Gewe-
Lungenkrebs meist ungünstig. Effektivere diagnos- beproben digital gespeichert und anschließend nach
tische und therapeutische Verfahren stehen deshalb verschiedensten Kriterien und Mustern computer-
ganz oben auf der Agenda von Krebsmedizinern. basiert ausgewertet. Dabei kommt die automatisierte
Bildanalyse in medizintechnischen Geräten zuneh-
mend zum Einsatz. Bei der automatisierten Analyse
Neue Behandlungsstrategien medizinischer Bilddaten unterstützen lernfähige
gegen Krebs Computerprogramme die Mediziner bei der Diagnos-
tik, um beispielsweise für chirurgische Eingriffe ge-
sundes von erkranktem Gewebe sicher abzugrenzen.
In den vergangenen Jahren konnte eine Reihe von
bahnbrechenden Entwicklungen in der Krebsmedizin
erreicht werden. Sie basieren vorwiegend auf voran- Auf dem Weg zur personalisierten
schreitenden Erkenntnissen zur Molekularbiologie Therapie
von Tumorerkrankungen und der Interaktion mit
dem Immunsystem. Dadurch hat sich das Therapie-
arsenal der Krebsmedizin deutlich erweitert. Zu den Generell wird die Therapie heute zunehmend am
klassischen Säulen der Therapie – Operation, Bestrah- Patienten und seinem Tumor ausgerichtet. Um für
lung und Chemotherapie – haben sich weitere schlag- jeden Patienten die optimale Therapie zu finden,
kräftige Behandlungsstrategien gesellt: die zielgerich- werden die Daten von Diagnosen, Behandlungen und
teten Therapien und die Krebsimmuntherapien. Krankheitsverläufen in den Krankenhäusern immer
mehr gebündelt erfasst und ausgewertet. Der digitale
Die Krebsmedizin der neuesten Generation ist zudem Fortschritt ermöglicht es heute, diese Vielzahl an Da-
immer stärker auf den einzelnen Patienten zuge- ten aus hunderten oder gar tausenden Tumorprofilen
schnitten und ein anschauliches Beispiel für Prä- miteinander zu verknüpfen, charakteristische Muster
zisionsmedizin. Grundlage für eine personalisierte zur Behandlung spezifischer Krebserkrankungen
Therapie ist eine spezifische und präzise Diagnostik. zu erkennen und für eine personalisierte und damit
Hier liegt großes Potenzial für den Einsatz innovativer effektivere Therapie zu nutzen. Noch kann dieser
Messverfahren in den klinischen Laboratorien. Ansatz nicht standardmäßig für die Behandlung
von allen Tumorarten verwendet werden, aber mit
Mittels moderner Analyseverfahren wie der auto- jedem Datensatz steigt die Erkenntnis zu Krebs – in
matisierten Genomsequenzierung lässt sich heute all seinen Facetten – und es ergeben sich neue An-
von jedem einzelnen Tumor innerhalb kurzer Zeit satzpunkte für bedarfsgerechte, innovative Behand-
ein individuelles molekulares Profil erstellen – quasi lungsstrategien. Für Tumorerkrankte bedeutet das für
der Fingerabdruck der Erkrankung. Für den einzel- die Zukunft einen immer besseren Zugang zu perso-
nen Patienten können die Ergebnisse eines solchen nalisierten und effektiven Therapien, mit möglichst
Tumorprofils richtungsweisend für die Auswahl einer geringen Nebenwirkungen und einer insgesamt besse-
Therapie sein. Krebspatienten sind im Verlauf ihrer ren Lebensqualität.16 dIgItALISIErUng In dEr MEdIzIntEchnIk
KI-gestützter Blick auf den Therapie-Verlauf
In dem Projekt PANTHER arbeitet ein Verbund daran, Radiomics – neue Infos aus Bildern ziehen
Computertomographie-Bilder effektiver als heute für
die Verlaufsdiagnostik von Tumorbehandlungen zu Die Analyse abstrakter Muster wie in einem
nutzen. Ein auf Künstliche-Intelligenz-Algorithmen Röntgenbild, einer CT- oder MRT-Aufnahme ist
basierendes Expertensystem analysiert die Bilddaten eine Stärke von KI-Algorithmen. Das Verbund-
und verknüpft sie mit weiteren Gesundheitsinforma- projekt PANTHER ist hierbei ein Beispiel für
tionen der Patienten. So lässt sich früher als bislang einen neuen Ansatz in der Medizin, Radiomics
abschätzen, ob eine eingeschlagene Krebstherapie genannt – ein Kunstwort aus „Radiology“ und
Erfolg hat oder nicht. „Genomics“. Ausgefeilte Algorithmen sollen
helfen, zusätzliche Informationen aus radiologi-
schen Bildern zu ziehen und mit Daten aus Klinik
Die Krebsmedizin verfügt über ein immer größeres und Labor zu korrelieren – mit dem Ziel, spezi-
Arsenal an Therapien. Doch wie gut schlägt ein ausge- fisch wirkende Therapien zu entwickeln. Mithilfe
wähltes Krebsmedikament oder eine Strahlentherapie von Radiomics lassen sich tiefgehende Analysen
bei einem Patienten an? Heute überprüfen Mediziner einer Erkrankung gewinnen, mit deren Hilfe Me-
den Verlauf einer Tumortherapie, indem sie Laborwerte diziner effektiver herausfinden können, welcher
aus Blutuntersuchungen analysieren und in regelmä- Patient auf welche Therapiemethode anspricht.
ßigen Abständen Computertomographie (CT)-Auf-
nahmen der betroffenen Organe machen. Die Partner
in dem Verbundprojekt „PANTHER“ versuchen, noch Sühling. Im Fall von PANTHER ist es ein sogenanntes
viele weitere wertvolle Informationen aus den digitalen Expertensystem, das auf KI-Algorithmen basiert. Dazu
Bildern zu gewinnen und daraus bessere Prognosen haben die Siemens-Ingenieure und die Partner vom
für den Therapieverlauf abzuleiten. Dadurch könnten Fraunhofer MEVIS in Bremen und Lübeck maßgeblich
Ärzte künftig zu einem früheren Zeitpunkt erkennen, beigetragen. In einem ersten Schritt stellten Radiologen
wie gut ein Patient auf eine Krebsbehandlung anspricht des Klinikums der Universität München große Men-
oder ob eine andere Therapie gewählt werden sollte. gen an CT-Bilddaten von Darm-, Bauchspeichel- und
Lymphdrüsenkrebs zusammen. In diesen Daten haben
die Kliniker die relevanten Strukturen eingegrenzt.
Mehr als nur die Größe messen Dadurch sind Größe und Form der Tumoren und der
Organe in den Aufnahmen klar zu erkennen und quan-
titativ zu vermessen.
„Bislang wird in den CT-Bildern nur der Durchmesser
des Tumors bestimmt, um so die Größenentwick- Zudem stellten die Kliniker aus München umfang-
lung zu beurteilen“, sagt Projektkoordinator Michael reiches Datenmaterial darüber zur Verfügung, wie
Sühling von Siemens Healthineers mit Sitz in Forch- die Patienten auf eine Therapie angesprochen haben
heim. Doch in den Aufnahmen stecken noch viel mehr und wie sich ihre Blutwerte im Laufe der Behandlung
Informationen, die bislang kaum genutzt werden. So entwickelten. Diese klinischen Daten wurden mit be-
zeigen die Bilder zusätzlich, ob und wie sich die Form stimmten Merkmalen in den CT-Bildern abgeglichen,
einer Geschwulst im Laufe der Zeit verändert. Außer- etwa wie sich Form und Beschaffenheit eines Tumors
dem können sie Details über die Beschaffenheit des im Laufe einer Therapie verändern. Damit haben die
Tumors liefern, etwa, ob er aus verschiedenen Gewe- Wissenschaftler einen Deep-Learning-Algorithmus
bearten besteht oder sich seine Zusammensetzung im gefüttert und so ihr Expertensystem trainiert. Neben
Laufe der Therapie verändert. Mit bloßem Auge sind einem KI-Algorithmus für die automatisierte Bildana-
viele dieser Zusatzinformationen nicht zu sehen. „Um lyse gibt es einen weiteren Algorithmus, der die wahr-
diese Merkmale erkennen und vor allem quantifizieren scheinliche Überlebensdauer in Jahren berechnet und
zu können, ist Computerunterstützung gefragt“, betont damit die Erfolgsprognose einer Therapie einschätzt.BEISPIELE AUS dEr FördErUng 17
Die Visualisierung der Tumorgröße in 3D ( grüne Bereiche) erleichtert Arzt und Patient, die richtige Therapieentscheidung zu treffen.
„So lässt sich anhand der CT-Bilder früher als bislang Studien mit hohen Patientenzahlen geschaffen, die für
abschätzen, ob die eingeschlagene Therapie Erfolg eine Zulassung KI-basierter Algorithmen unabdingbar
hat oder nicht“, sagt Sühling. Als die größte Heraus- sind. Am Münchener Universitätsklinikum wird das
forderung hat sich in dem Projekt die Sammlung der PANTHER-Expertensystem nun in der Praxis erprobt.
klinischen Daten herausgestellt. „Das liegt zum einen Ein weiteres Projektziel ist, mittels Visualisierungs-
an der Heterogenität der Daten“, sagt Sühling, „zudem technologien und 3D-Druck-Modellen den Stand der
mussten die Daten aufwendig für das Training des Ex- Therapie für die Patienten besser zu veranschaulichen
pertensystems aufbereitet werden“. Daher basiert der und so die Kommunikation mit den Ärzten zu verbes-
Prototyp des Expertensystems bislang auf wenigen sern. „Unser Expertensystem unterstützt so die Ärzte bei
hundert Patientendatensätzen. Um die Datenmenge der Suche nach der besten Therapie und macht Entschei-
und -qualität in Zukunft deutlich zu steigern, hat das dungen für die Patienten nachvollziehbar“, so Sühling.
Konsortium die Grundlagen für eine digitale Befund-
erfassung von Bilddaten gelegt.
Förderprojekt PANTHER i
Gemeinsamer Datenpool geschaffen Projekttitel: Patientenorientierte onkologi-
sche Therapieunterstützung
So wurde durch die Partner MeVis BreastCare GmbH & Verbundpartner Siemens Healthcare GmbH
Co. KG und Siemens Healthineers eine Cloud-Plattform (Koordination),
aufgebaut, in der die klinischen Partner Daten hoch- Fraunhofer-Institut für Bild-
laden können, damit sie computerbasiert ausgewertet gestützte Medizin (MEVIS),
werden können. Die cloudbasierte Infrastruktur dient MeVis BreastCare GmbH & Co.
fortan als gemeinsamer Datenpool, in den die klinischen KG, Klinikum der Universität
Partner Informationen einspeisen können. Die Platt- München
form lässt sich einfach über einen Web-Browser ansteu-
ern. Dass sie auch den Erfordernissen des Datenschutzes Fördersumme: 1.822.786 Euro
gerecht wird, weist Siemens durch eine Zertifizierung
mit dem europäischen Datenschutz-Gütesiegel (EuroP- Laufzeit: 10/2016 bis 3/2020
riSe) nach. Hierdurch wird die Basis für multizentrische18 dIgItALISIErUng In dEr MEdIzIntEchnIk Operieren mit Augmented-Reality-Videoskop Die minimal-invasive Chirurgie hat sich in vielen Förderprojekt ATLAS i Indikationen durchgesetzt, auch in der Krebstherapie. Für den Operateur birgt die Schlüsselloch-Chirurgie Projekttitel: Bildbasierte Augmentierung aber auch einige Herausforderungen: unter anderem bei laparoskopischen Eingriffen eine begrenzte Bewegungsfreiheit, eine schlech- te Tiefenwahrnehmung und ein eingeschränktes Verbundpartner: Maxer Endoscopy GmbH haptisches Feedback. Ziel des ATLAS-Projektes ist es, (Koordination), durch die Projektion von Augmented-Reality (AR)- Technische Universität München Bilddaten auf das Operationsfeld des Chirurgen diesen Fakultät für Informatik, Nachteilen entgegenzuwirken. Bei minimal-invasiven Klinikum der Universität Eingriffen sollen in Echtzeit individuelle anatomische München Informationen angezeigt werden. Das AR-Videoskop, das im Projekt ATLAS entwickelt werden soll, ermög- Fördersumme: 1.570.554 Euro licht die Fusion einer Ansicht der Wirklichkeit und die virtuelle Projektion von computergenerierten Daten Laufzeit: 8/2018 bis 7/2021 aus Voruntersuchungen der Patienten. Dadurch kann der Chirurg für ihn zuvor nicht sichtbare Organstruk- turen in einer realistisch wirkenden 3D-Operations- umgebung erkennen. Digitales Mikroskopsystem für Gewebe-Diagnostik Die mikroskopische Analyse von Gewebe ist eine Förderprojekt Cogno-Scan i wichtige Säule der modernen Tumordiagnostik. Sie wird im klinischen Alltag in den Laboren der Pa- Projekttitel: Standardisierte Analyse der thologie durchgeführt. Zur Auswertung von Gewe- Tumorheterogenität zur IT- beschnitten werden bislang zumeist rein visuelle, gestützten Therapieentschei- semi-quantitative Untersuchungen am Lichtmikros- dung bei malignen Tumoren kop vorgenommen. Das Projekt Cogno-Scan will den Prozess digitalisieren, um eine valide Basis für Thera- Verbundpartner: VMscope GmbH (Koordination), pieentscheidungen zu schaffen. Moderne Objektträ- PreciPoint GmbH, ger-Scanner liefern Aufnahmen von Gewebeschnitten Charité – Universitätsmedizin in höchster Qualität und sehr hoher Auflösung. Der Berlin Einsatz von digitalen und automatisierten Bildanaly- se-Systemen und die Entwicklung einer innovativen Fördersumme: 850.920 Euro Software soll es ermöglichen, verschiedene moleku- lare Biomarker in unterschiedlichem Tumorgewebe Laufzeit: 12/2017 bis 11/2020 schnell und standardisiert zu evaluieren. Somit wird auch die Tumorheterogenität innerhalb eines Orga- nismus berücksichtigt. Die Ergebnisse sollen durch die Software sowohl für den Arzt als auch für den Patienten verständlich aufgearbeitet werden.
BEISPIELE AUS dEr FördErUng 19 Hautgewebe während der Tumor-OP analysieren Häufig entwickeln sich Tumore auf der Kopfhaut. Förderprojekt KONFIDENT i Chirurgen versuchen, so wenig Hautgewebe wie möglich zu entfernen, jedoch genug, um das Wachs- Projekttitel: Automatisierte Auswertung tum des Tumors zu stoppen. Um sicher zu gehen, der Konfokalen Mikroskopie erfordert dieses Vorgehen oft sogar mehrfach die für Diagnose und Therapie im Entnahme von Gewebeproben, die im Pathologielabor Kopfhautbereich analysiert werden. Das KONFIDENT-Projekt möchte den Operateuren ein Instrument an die Hand geben, Verbundpartner: MAVIG GmbH (Koordination), um noch während des Eingriffs die Gewebeanalyse M3i GmbH, vornehmen zu können. Dazu will das Konsortium Munich Innovation Labs ein Konfokalmikroskop entwickeln, dessen Gewebe- GmbH, analyse automatisiert erfolgt und dessen Bedienung Universität Heidelberg benutzerfreundlich ist. Für die digitalisierte Bildana- lyse kommen Künstliche-Intelligenz-Algorithmen Fördersumme: 1.734.370 Euro zum Einsatz. Nicht entferntes Kopfhautgewebe kann mit diesem System an der Oberfläche auf bösartige Laufzeit: 4/2019 bis 3/2022 Zellveränderungen untersucht werden. Damit werden bessere Behandlungsergebnisse, kürzere OP-Zeiten sowie ein geringerer logistischer Aufwand angestrebt. Die Harnblase in 3D visualisieren Jährlich werden in Deutschland etwa 28.000 neue Förderprojekt RaVeNNA-4pi i Harnblasenkarzinome diagnostiziert. Zentraler Be- standteil von Diagnostik und Therapie ist die Blasen- Projekttitel: Digitale Plattform zur endos- spiegelung (Zystoskopie), gekoppelt mit der trans- kopischen 3D-Rekonstruktion, urethralen Blasenresektion (TUR-B). Es handelt sich Visualisierung und Nachsorge- um eine endoskopische Operation durch die Harnröh- unterstützung von Patienten mit re, bei der erkranktes Gewebe aus Harnblase oder Pro- Harnblasenkarzinom stata abgetragen wird. Die bestehende Versorgungs- kette ist jedoch lückenhaft und die Dokumentation Verbundpartner: Universität Freiburg (Koordi- der Bilddaten ist oft uneinheitlich. Um die Qualität nation), Dorner GmbH & Co. der Diagnostik deutlich zu steigern, wird im Projekt KG, INATECH, Hochschule RaVeNNA eine dreidimensionale Rekonstruktion und Furtwangen, Karl Storz GmbH Visualisierung der Harnblase angestrebt. Möglich & Co. KG, Actuator Solutions wird das durch ein neuartiges optisches System mit GmbH, FISBA Photonics GmbH, optoelektronischen Bildwandlern und digitalen Algo- QIT Systeme GmbH & Co. KG, rithmen, die den gesamten Raumwinkel abbilden und Universität Heidelberg 3D-Informationen ausgeben. Die digitale Plattform soll gleichzeitig als Datenspeicher für eine Nachsorge- Fördersumme: 3.018.502 Euro unterstützung fungieren und den Austausch zwischen Ärzten und Patienten verbessern. Laufzeit: 2/2018 bis 1/2021
2.3 Neurologische Erkrankungen
Neurologische Erkrankungen sind häufig, verlaufen akute Schädigung von Gehirn und Nervensystem ist
oft chronisch und beeinträchtigen die Lebensqualität jedoch eine mangelnde Durchblutung. So erleiden
der Betroffenen erheblich. Klar ist auch, dass neurolo- hierzulande nach Angaben der Deutschen Gesellschaft
gische Erkrankungen vor dem Hintergrund des demo- für Neurologie etwa 260.000 Menschen jährlich einen
grafischen Wandels weiter zunehmen werden. Trotz Schlaganfall.
zunehmender Therapiemöglichkeiten sind weitere
innovative Ansätze für das Krankheitsmanagement in Die Versorgungssituation hierzulande ist bei neurolo-
der Neurologie notwendig. Digitale Lösungen bieten gischen Erkrankungen im internationalen Vergleich
dabei neue Chancen für die Diagnostik und Therapie. gut. Verfügbarkeit von fachlicher Expertise, techni-
scher Ausstattung und spezialisierten Einrichtungen
– unter anderem zertifizierte Stroke Units und MS-
Sehr verbreitet sind neurodegenerative Erkrankungen, Zentren – leisten wichtige Beiträge. Die zunehmende
in deren Verlauf Zellen des Nervensystems absterben. Häufigkeit vieler neurologischer Erkrankungen mit
Schätzungsweise 1,7 Millionen Menschen sind von dem Alter und die oftmals chronischen Krankheits-
Demenz betroffen und rund 400.000 Männer und verläufe sind allerdings eine Herausforderung für die
Frauen in Deutschland leiden an Parkinson. Auch Medizin. Angesichts der demografischen Entwicklung
bei der Multiplen Sklerose (MS), einer entzündlichen gibt es einen hohen Bedarf für Fortschritte bei der
Erkrankung des zentralen Nervensystems, werden diagnostischen und therapeutischen Versorgung sowie
wichtige Strukturen des Zentralen Nervensystems zur Unterstützung im Alltag. In vielen Fällen kann
dauerhaft geschädigt. In Deutschland leben nach Medizintechnik den Betroffenen helfen. Die Möglich-
Zahlen des Bundesversicherungsamtes mehr als keiten reichen von der Nutzung tragbarer Biosensoren
240.000 MS-Erkrankte. Die häufigste Ursache für eine zur Erkennung von neuen Symptomen oder thera-BEISPIELE AUS dEr FördErUng 21
piebegleitend über die rechnergestützte Auswertung typische Bilddatenmuster („Bildgebungsbiomarker“)
medizinischer Bilder bis hin zur gezielten Stimulation auf MRT-Scans detektiert werden. Auch bei Multipler
des Nervensystems und neuartigen Gehirn-Computer- Sklerose kommen automatisierte Bildanalysen zum
Schnittstellen. Digitalisierung bedeutet in diesem Einsatz, etwa um den Therapieerfolg zu überprüfen.
Zusammenhang auch die zunehmende Verfügbarkeit Doch nicht nur für Diagnostik und Monitoring neu-
von Anwendungen im Alltag, deren Einsatzgebiete sich rologischer Erkrankungen eröffnet die Digitalisierung
mehr und mehr denen mit strenger medizinischer In- neue Möglichkeiten. Sie ist auch Basis für innovative
dikation annähern. Beispielsweise sind kleine Biosen- Therapien. Zunehmend zum Einsatz kommen virtuel-
soren, die als Fitness-Armbänder getragen werden und le Realitäten (VR), beispielsweise in Form simulierter
die Gehstrecke, den Herzschlag oder das Schlafprofil Alltagsumgebungen. Solche Ansätze werden etwa für
messen können, mittlerweile in der Bevölkerung weit individualisierte Therapieprogramme bei Kindern mit
verbreitet. Solche „Wearables“ lassen sich für medizi- spastischen Bewegungsstörungen sowie bei Schlagan-
nische Fragestellungen weiterentwickeln – etwa um fall- und Demenzpatienten erprobt.
die Vorboten einer Parkinson-Krankheit zu erkennen.
So gehen Veränderungen des Schlafs, leichte Gangun- Neurotechnologische Verfahren wiederum koppeln
sicherheiten oder Gleichgewichtsdefizite den eigentli- ein elektrotechnisches System mit dem Nervenge-
chen Symptomen einer neurodegenerativen Erkran- webe. Etablierte Anwendungen wie die tiefe Hirn-
kung oft lange voraus. Viele Forscherteams arbeiten stimulation über implantierte Elektroden („Hirn-
derzeit an der Entwicklung alltagstauglicher Sensoren, schrittmacher“) bei Parkinson-Patienten oder die
mit denen diese Veränderungen erfasst und etwa über Rückenmarkstimulation bei chronischem Schmerz
eine Smartphone-App ausgelesen werden können. Auf sollen noch flexibler ausgeführt und besser an den
diese Weise ließen sich präventive Maßnahmen besser individuellen Bedarf angepasst werden. So lassen sich
planen und zudem der Krankheitsverlauf objektiver mit sogenannten Gehirn-Computer-Schnittstellen
und kontinuierlicher kontrollieren. Dazu müssen neuronale Signalmuster über implantierte oder auf
alltägliche Bewegungsprofile nicht nur aufgezeichnet, der Kopfhaut befestigte Elektroden auslesen und mit-
sondern auch zuverlässig interpretiert werden. hilfe lernfähiger Algorithmen analysieren. Je nach ak-
tuellem Hirnzustand können dann externe Geräte wie
Assistenzroboter und Sprachcomputer gesteuert oder
Bildgebung und Neuroimplantate bestimmte Hirnregionen gezielt stimuliert werden.
auf individuellen Bedarf abstimmen Die Hoffnung besteht, dass dies zukünftig neue thera-
peutische Erfolge bei verschiedensten Erkrankungen
ermöglichen wird, etwa bei schwersten Lähmungen
Die Auswertung medizinischer Bilder nimmt in und Schlaganfällen ebenso wie bei Epilepsie, Sucht
der Diagnostik neurologischer Erkrankungen eine oder chronischer Depression.
herausragende Rolle ein. So liefert die Magnetreso-
nanztomographie (MRT) aufgrund ihres Weichteil-
kontrastes überragende Darstellungen des Gehirns.
Die Verfügbarkeit weitergehender Untersuchungs-
möglichkeiten sorgt einerseits für neuartige diagnos-
tische Optionen, andererseits stellt der zunehmende
Detailgrad und die Fülle an komplementären Daten
eine Herausforderung dar. Hier können moderne
IT-Anwendungen, unter anderem auf der Basis von
Künstlicher Intelligenz, wichtige Hilfestellung leisten.
Sie unterstützen die Mediziner bei der Zusammen-
führung der Informationen und schaffen durch eine
hohe Sensitivität zusätzliche Sicherheit. Verschiedene
Formen der Parkinson-Krankheit lassen sich unter- Neuroimplantate können Signalströme im Gehirn mittels digitaler
Sensoren erfassen und in reale Bewegungen umwandeln.
scheiden, indem mit maschinellen LernalgorithmenSie können auch lesen
