Die Zukunft der Medizin ist vernetzt

Unsere Gesellschaft wird immer älter, junge Menschen verlassen den länd­lichen Raum und leben in Städten. Lebensgewohnheiten wie Rauchen, zu viel Alkohol, ungesunde Ernährung und Bewegungs­mangel führen zu schlechten Blutwerten, Bluthochdruck, Diabetes, Krebs, Nierenschädigungen oder Abnutzung und Verschleiß von Körperteilen mit zunehmend chronischen Krankheitsverläufen.

Der Blick in die Zukunft zeigt also eine Gesellschaft, in der immer mehr ältere und chronisch kranke Menschen behandelt, teure medizinische Therapien finanziert und strukturschwache ländliche Gebiete medizinisch versorgt werden müssen.

Reaktive Medizin

Hin und wieder Verdauungsprobleme, Kopf-, Glieder- und insbesondere Rückenschmerzen, Müdigkeit, Abgespanntheit, Durst oder geschwollene Körperglieder kennen wir alle aus dem Alltag. Wir finden immer gute Erklärungen dafür, diese Symptome zu ignorieren. Wenn sie häufiger auftreten, wir uns unwohl fühlen oder ernsthafte Schmerzen haben, gehen wir in der Regel zum Hausarzt.

Aufgrund der Kostensituation im Gesundheitswesen hat dieser keine Zeit, sich lange mit unseren Lebensgewohnheiten auseinanderzusetzen, misst den Blutdruck, testet eventuell die Blutwerte, macht ein EKG oder eine Röntgenaufnahme. Am Ende erhalten wir wahrscheinlich den Rat, unsere Lebensgewohnheiten zu ändern, sollen uns schonen und bekommen zur Linderung der Symptome ein Mittel verschrieben. Sind wir zu spät zum Arzt gegangen, folgt wahrscheinlich eine Einweisung ins Krankenhaus.

Im Krankenhaus finden Operationen statt, Patienten werden behandelt und gepflegt. Die Zahl der Patienten nimmt, bei abnehmender Zahl von Pflegekräften und Ärzten, stetig zu. Eine verstärkte Automatisierung und Technisierung der Krankenhausabläufe ist die Folge. Die Prozesse im Krankenhaus nähern sich dabei Mustern wie in der Fertigungsindustrie an. Ärzte müssen mehr Operationen in kürzerer Zeit durchführen, Operationen werden vollständig durchgeplant. Die Sterilisierung und Bereitstellung der passenden Operationsbestecke erinnern dabei an "Just-in-Sequence"-(JIS-)Abläufe.

Der Zugriff zu den richtigen Röntgen- und Radiologiebildern muss gewährleistet sein und wie bei Fertigungsanlagen gilt es, Ausfallzeiten der teuren chirurgischen Geräte zu minimieren. Um hohe Bestandskosten zu vermeiden, werden Verbrauchsmaterialien wie Nahtmaterial oder teure Implantate in Konsignationslägern der Lieferanten bereitgestellt. Auch die Nachverfolgbarkeit, welches Implantat welchem Patienten eingesetzt wurde, gehört zu den Standardabläufen. Ebenso die Rückverfolgbarkeit von Medikamenten bis zum Hersteller, um den Einsatz von Fälschungen auszuschließen.

Später in den Intensivstationen werden Vitalfunktionen, Blutwerte, Flüssigkeitshaushalt oder die Zugabe von Medikamenten gesteuert und überwacht. Ärzte und Pflegekräfte müssen in der Lage sein, schnell die richtigen Entscheidungen zu treffen. Zudem herrschen zum Schutz gegen multiresistente Keime strenge Hygiene-Regeln. Am Ende entlässt uns der Arzt aufgrund des Kostendrucks bereits wenige Tage nach der Operation.

Digitaler Gesundheitsmarkt

An der aufgezeigten Situationsanalyse wird deutlich: Das Gesundheitssystem steht unter Druck. Die Digitalisierung gilt als Hoffnungsträger und Ausweg aus der Krise. Während andere Industrien wie die Medien- oder aktuell die Automobilindustrie bereits tiefgreifende Veränderungen durchlaufen haben, steht die Gesundheitsindustrie noch am Anfang des Prozesses. Begründet ist dies zum großen Teil mit der Sicherheit der Patienten und des Datenschutzes, die große Herausforderungen darstellen.

Der Gesundheitsmarkt ist stark reguliert und die Zulassung von Medizinprodukten braucht teilweise Jahre. Dennoch ist meine Prognose, dass wir in den nächsten fünf Jahren große und tiefgreifende Umbrüche erleben werden. In diesem Beitrag möchte ich den Weg, den diese Entwicklung meiner Meinung nach nehmen wird, näher erläutern.

Isolierte Informationssysteme

Bereits heute ist es selbstverständlich, dass Daten überwiegend digital erzeugt, weitergeleitet, verarbeitet und gespeichert werden. Dafür gibt es eine Vielzahl mehr oder weniger spezialisierter Informationssysteme, die nebeneinander isoliert betrieben werden. Der erste Schritt in Richtung vernetzte Welt sind Standards wie beispielsweise Health Level 7 (HL7), die mit dem Ziel eingeführt werden, den unterbrechungsfreien Austausch von Daten zwischen Organisationen im Gesundheitswesen und ihren Computersystemen zu gewährleisten.

Im Krankenhausalltag stellt es eine große Zeitersparnis dar, wenn Informationssysteme an Blutdruckmessgeräte, Waagen, EKGs, Infusionspumpen oder Dialysemaschinen angeschlossen werden. So werden Messwerte automatisch übertragen, eine manuelle Erfassung entfällt. Viel wichtiger ist aber: Digitale Messungen ermöglichen eine Überwachung des Patienten in Echtzeit.

Zudem hilft die Vernetzung und Kompatibilität von Daten, Fehler trotz der Komplexität der Informationen zu vermeiden. So können Wechselwirkungen von Medikamenten, die individuelle Verträglichkeit des Patienten, Fälschungs­sicherheit oder die mengenmäßig richtige und zeitlich korrekte Bereitstellung auf den Stationen überwacht werden. Hygienepläne und die Einhaltung der Hygiene, beispielsweise durch vernetzte Seifen- oder Desinfektionsmittelspender, sind dadurch nachhaltbar. Ein wichtiger Aspekt, denn in Operationssälen müssen sehr viele Instrumente und Geräte verwaltet, sterilisiert und exakt für eine individuelle Operation wieder bereitgestellt werden.

Augmented und Virtual Reality

Die Überlagerung von realen und künstlichen Informationen oder künstlich simulierte Umgebungen sind im Klinikalltag vielerorts integriert. Insbesondere konzentrieren sich die Anwendungen auf den Bereich der Chirurgie mit einem Fokus auf Ausbildung und Schulung. So können Chirurgen unter anderem in virtuellen Operationen die Vorbereitung von riskanten operativen Eingriffen simulieren und trainieren. Virtual Reality kann aber auch bei der Darstellung der Wirkungen von medizinischen Geräten oder Produkten angewendet werden, beispielsweise bei Implantaten.

Durch den Einsatz von mikroinvasiver Operationstechnik und zunehmender Unterstützung durch Roboter sieht der Chirurg den Ort des Geschehens nur noch durch optische Brillen, die nach und nach durch Datenbrillen ersetzt werden. Der Chirurg sitzt nicht mehr direkt am Operationstisch, sondern ein paar Meter weiter entfernt an der Bedienkonsole des Roboters. Chirurgie ist nach wie vor Hand­arbeit. Die digitalen Informationssysteme und Roboter unterstützen zwar bei der exakten Positionierung von Implantaten, helfen den Schnitt an der richtigen Stelle im Gewebe zu setzen und die Wunde wieder zu verschließen. Sie über­lagern reale Bilder wie bei einem Navigationssystem mit radiologischen Daten und können beispielsweise versehentlich ruckhafte Bewegungen des Operateurs oder Eingriffe an der falschen Stelle verhindern und somit Schäden vermeiden. Die ausführende Arbeit nimmt aber immer noch der Chirurg vor.

In Krankenhausumgebungen sind medizinische Geräte und Daten durchaus heute schon vernetzt. Da die Sicherheit des Patienten im Vordergrund steht, unterstehen diese Geräte dichten und dokumentationspflichtigen Wartungszyklen, für deren Einhaltung die Hersteller Verantwortung tragen. Zudem sind Krankenhausumgebungen auch heute noch als eigenes System organisiert und stark nach außen geschützt. Der nächste logische Schritt wäre nun eine Öffnung nach außen. Der Vorteil: Hersteller könnten in Echtzeit ihre Medizinprodukte überwachen und fernwarten. Geschäftsmodelle würden sich so weg vom Produktverkauf hin zum Lösungsanbieter entwickeln. Am Ende werden die Funktion und nicht mehr das Gerät und die Wartung in Rechnung gestellt.

Datenschutz in der Medizin eine Herausforderung

Herausfordernd gestalten sich hierbei die Gewährleistung des Datenschutzes und die absolute Patientensicherheit. Voraussetzung dafür ist eine gesicherte Verbindung der Geräte über das Internet, damit Daten und Funktionen nicht durch Hacker-Angriffe manipuliert werden können.

Nun zwingt der Kostendruck die Krankenhäuser dazu, ihre Patienten viel früher zu entlassen. Die Pflege findet danach vermehrt in der Heimumgebung statt. Das stellt die Betroffenen vor große Herausforderungen, denn das Krankenhaus ist ein "One-Stop-Shop". Ärzte, Pflegekräfte, Apotheke - und damit verbunden auch Medikamente, Medizinprodukte sowie die Abrechnung mit den Krankenkassen - sind unter einem Dach zu finden. Bei einer Nachbehandlung zu Hause müssen diese Elemente vom Patienten einzeln organisiert werden. Abhilfe schaffen wird in Zukunft das Internet der medizinischen Dinge (IoMT).

Internet of Medical Things

Die Schnittstellen, die bereits für die Krankenhäuser geschaffen wurden, ermöglichen uns, Patient, Heimpflegekraft, Arzt, Apotheke, Krankenkassen und insbesondere die Medizinprodukte intelligent miteinander zu vernetzen.

Die Produkte messen Blutdruck, Herzschlag, Blutwerte, Medikamenten-, Flüssigkeits- und Nahrungszufuhr und überwachen sogar die Funktionsfähigkeit und den richtigen Gebrauch von Implantaten. Die Ergebnisse stehen Ärzten und Pflegern zur Verfügung, damit sie jederzeit eingreifen können. Medikamente und Verbrauchsmaterialien können automatisch nachbestellt werden. Und auch bei Fehlfunktionen kann sofort der Servicetechniker informiert werden und Abhilfe schaffen. Durch Telepräsenz stehen Ärzte und Pfleger digital für ein persönliches Gespräch zur Verfügung und erhalten sofort alle notwendigen Daten in Echtzeit.

Für chronisch kranke Patienten stellt die Möglichkeit der Telemedizin eine große Chance dar. Beispielsweise können Nierenkranke, die heute noch dreimal wöchentlich zu einer halbtägigen Dialysebehandlung in eine Klinik müssen, nun zu Hause ihre Therapie durchführen, wenn sie die medizinischen Voraussetzungen erfüllen. Für die betroffenen Patienten, die unter den Auswirkungen von Krebs-, Diabetes-, Nieren-, Schlaganfall- und Atemwegserkrankungen leiden, ist dies ein erheblicher Gewinn an Lebensqualität. Telemedizin vermindert in diesem Fall die Einschränkungen, die sie durch ihr Leiden im Alltag erleben.

Damit ein solches Internet der medizinischen Dinge auch funktioniert, bedarf es des Zusammenspiels aller Beteiligten inklusive einer Fest­legung der notwendigen Standards. Grund­voraussetzung ist aber auch eine verlässliche Infrastruktur, beispielsweise eine zuverlässige Internet-Verbindung in ländlichen Gebieten. Und wenn wir über die Heimumgebungen hinaus denken und davon ausgehen, dass Menschen die Vorteile vernetzter Medizin überall nutzen möchten, wie beispielsweise der Diabetiker mit implantierten Blutzuckersensoren, dann braucht es auch flächendeckenden Mobilfunk und ein schnelles Internet bis in den tiefsten Wald hinein.

Künstliche Intelligenz in der Medizin

Die Anwendung von Machine Learning und Deep Learning in der Diagnostik steht noch am Anfang. Da aber in der Medizin viele gute Daten aus unterschiedlichen Quellen vorhanden sind, die sich zudem miteinander kombinieren lassen, können Algorithmen heute schon genauso gute - und teilweise bereits bessere - Resultate erzielen als Experten. Der Vorteil: Ein Algorithmus kann im Bruchteil einer Sekunde Ergebnisse liefern und überall auf der Welt kostengünstig eingesetzt werden. Noch ist es allerdings unwahrscheinlich, dass künstliche Intelligenzen Ärzte ersetzen werden. Algorithmen sind aber in der Lage, potenzielle Erkrankungen schneller zu erkennen. Mediziner können sich dann hauptsächlich auf die Interpretation dieser Daten konzentrieren und damit Algorithmen immer weiter trainieren.

Chatbots im Einsatz

Auch unterstützen künstliche Intelligenzen die Ärzte bei der Wahl der richtigen Behandlungsmethode. Die Zahl der medizinischen Publika­tionen mit aktuellen Erkenntnissen aus der Medizin ist so groß geworden, dass ein Arzt sie nicht alle kennen kann. Individuelle Werte der Patienten können aber zu unterschiedlichen Prognosen eines Krankheitsverlaufs und eines Heilungserfolgs führen. Eine Analyse dieser Daten mit Hilfe von künstlicher Intelligenz trägt damit zum Auffinden der für den Patienten erfolgversprechendsten Behandlung bei.

Neben Datenanalyse und Computer Vision, beispielsweise dem Einsatz von maschinellem Sehen zur Analyse von Abbildungen der Radiologie im Bereich Augen, Haut und Wunden, kommen auch Natural Language Processing und Chatbots zum Einsatz. So hat das Versicherungsunternehmen Ping An in China das Konzept "The good doctor" und eine "One Minute Clinic" entwickelt. Wie bei einem Passbildautomaten werden in einer Kabine mit installierten Instrumenten Blutdruck, Herzschlag und Atemwegsfunktionen gemessen oder Aufnahmen von Auge und Augenhintergrund vorgenommen. Auf Basis dieser Daten erstellt eine künstliche Intelligenz eine Diagnose und tritt mittels eines Chatbots mit dem Patienten in Kontakt. Die Künstliche Intelligenz gibt Hinweise zur Behandlung, wozu auch das Aufsuchen eines realen Arztes zählen kann, und verschreibt Medikamente, die direkt aus einem neben der Kabine angebrachten Automaten bezogen werden können.

Die große Herausforderung bei diesem Ansatz ist der Datenschutz, da ausschließlich personenbezogene Daten verarbeitet und gespeichert werden. Für einen zukünftigen Erfolg, insbesondere beim mobilen Einsatz, ist eine staatliche Regulierung dringend notwendig. Diese muss festlegen, wo Daten in Zukunft sicher und für den Patienten transparent gespeichert und verarbeitet werden dürfen.

Digitale Medikamente

Wir leben in einer Zeit der reaktiven Medizin. Erst wenn wir uns bereits krank fühlen, gehen wir zum Arzt und erhalten Medikamente und Behandlungen, die unsere Symptome lindern oder bereits bestehende Krankheiten heilen.

Digitale Medikamente setzen auf Vermeidung und Früherkennung. Eine Vielzahl von Wearables wie Smartphone oder Smartwatch überwachen bereits ständig unseren Lebensstil, wissen, wann wir zum Sport gehen oder im Fastfood-Restaurant essen, zählen die Schritte und messen unseren Herzschlag.

Verbunden mit einer Vielzahl von Apps, die ich digitale Medikamente nenne, geben sie uns Hinweise, dass wir uns mehr zu bewegen haben, anders essen sollen oder helfen uns sogar, uns das Rauchen abzugewöhnen. Zukünftig erkennen sie frühzeitig chronische Krankheitsver­läufe und unterstützen die Anwender, diese zu verzögern oder zu vermeiden. Bei einem Herz­infarkt oder einem Unfall kann sofort medizinische Hilfe gerufen werden, um Spätschäden zu verringern oder ganz zu verhindern.

Gerade für akute und chronische Krankheiten ist das Monitoring von Vitaldaten von besonderer Bedeutung. Diabetiker mit implantierten Blutzuckersensoren und einer Insulinpumpe können heute, ohne groß über ihren Zucker- und Insulinhaushalt nachzudenken, normal essen oder Sport treiben.

Wearables prüfen Vitaldaten

Bei Krankheitsbildern wie Herz- oder Gefäßerkrankungen können Wearables, beispielsweise in Regionen mit Ärztemangel, Vitalparameter von Patienten regelmäßig überprüfen und so beispielsweise Schlaganfällen vorbeugen. Verbunden mit künstlicher Intelligenz haben wir in Zukunft für die allgemeine Gesundheit und bekannte Krankheitsbilder den "Doktor in der Hosentasche".

Heute sehen Ärzte solche Wearables und Anwendungen noch sehr kritisch, da viele Produkte aus der Konsumindustrie stammen und die gemessenen Werte keine ausreichende Datenqualität liefern. Gewünscht ist eine Regulierung und Zertifizierung, da der Mehrwert von mobilen Medizinprodukten, nämlich die Gesundheit der Menschen zu fördern oder die Lebensqualität von Menschen mit chronischen Erkrankungen deutlich zu verbessern, durchaus erkannt wird.

In der vernetzten Medizin stehen heute Arzt und Krankenhaus im Mittelpunkt. Kostendruck und Fachkräftemangel führen zu einer Optimierung der Abläufe. Die genannten Beispiele aber zeigen, dass der Mensch mit dem Internet der medizinischen Dinge wieder in den Vordergrund rücken wird. Der Wandel erfolgt von der reaktiven Medizin hin zur proaktiven Medizin: Künstliche Intelligenzen erstellen Diagnosen und Prognosen basierend auf Daten smarter mobiler Medizinprodukte, die Datenqualität der heute verfügbaren Wearables wird sich weiter verbessern und digitale Medikamente werden uns bei einer gesünderen Lebensweise unterstützen.

Auch in ländlichen Gebieten kann wieder eine flächendeckende medizinische Betreuung ermöglicht werden. Und zu guter Letzt werden Menschen mit chronischen Erkrankungen zukünftig nicht mehr ständig an ihr Leiden erinnert werden, seltener die Krankenhäuser auf­suchen und eine optimale Unterstützung im Alltag erhalten.

Rahmenbedingungen

Die Herausforderung für ein solches Zukunftsszenario ist die Schaffung geeigneter Rahmenbedingungen, damit Patientensicherheit und Datenschutz nicht gefährdet werden. Um die Vernetzung zwischen Menschen, Dingen und den Organisationen des Gesundheitswesens zu gewährleisten, braucht es verlässliche Standards. Die Lösungen müssen entsprechend zertifiziert werden, wofür es der notwendigen Regulierung bedarf. Dies gilt im besonderen Maße auch für den Umgang mit Patientendaten. Letztendlich braucht es auch eine flächendeckende Versorgung mit schnellem und mobilem Internet.

Meiner Einschätzung nach werden wir bis zum Jahr 2025 für viele dieser Herausforderungen Lösungen gefunden haben. Telemedizin und E-Health werden dann unsere ständigen Begleiter sein.