Mesterséges intelligencia az orvostechnikában

Nyomtatott csőfantom vezetősínnel egy katéterhez. (Forrás: Fraunhofer IPA; Fotó: Vanessa Stachel)

Felépítés a mesterséges intelligencia tréningjéhez és validálásához az autonóm navigációhoz egy vezetőhuzalon. (Forrás: Fraunhofer IPA; Kép: Vanessa Stachel)

Baden-Württembergben működő közepes méretű orvostechnikai vállalatok hamarosan az Mesterséges Intelligencia (MI vagy AI – Artificial Intelligence) módszereit fogják alkalmazni termékeik továbbfejlesztésére vagy új fejlesztésére. Ennek a know-how-nak a biztosítását az orvoslásban és a biotechnológiában az automatizálás projektcsoportja, a PAMB a Fraunhofer IPA-tól, valamint a Mannheimi Egyetemi Orvosi Központ az Intelligens Gépek Alkalmazási Központjában (ANIMMED) végzik. A Baden-Württemberg Egészségügyi Helyszín Fórum keretében a tartomány támogatja az ANIMMED-et és további hét projektet összesen 13,9 millió euróval.

Az Mesterséges Intelligencia (MI vagy AI – Artificial Intelligence) módszereivel a gépek automatikusan elemezhetnek, dönthetnek vagy irányíthatnak összetett helyzetekben. Ezek a tulajdonságok különösen relevánssá teszik az MI-rendszereket az orvoslásban: az intelligens módszerek már ma lehetővé teszik a gyakorlatban a hatalmas adatmennyiségek elemzését a diagnosztikában, amit egy ember már nem tudna kezelni.

Az orvostechnikai eszközök is automatizálhatók intelligens módszerek alkalmazásával. Így az eszközök jelentősen hatékonyabbá tehetik a klinikai alkalmazásokat, és hatékonyabban támogathatják az orvosokat. Azonban a mai napig az MI alkalmazása nélkül szinte lehetetlen az orvostechnikai eszközök automatizálása a legtöbb klinikai alkalmazásban. Ennek oka az emberi szervezet természetes sokféleségében, sérülékenységében és a komplex biológiában rejlik. Az ember uralja ezt a komplexitást és változatosságot. Döntéseket hoz és szabályozza az elemeket az orvosi folyamatban, de erőforrásait jelentősen bővíthetik az intelligens gépek segítségével. Az MI-rendszerek által vezérelt automatizálás ma már technikai kulcsként tekinthető a jövő hatékony precíziós medicinájában.

Ennek az elvárásnak ellenére csak néhány diagnosztikai területen, például radiológiában és dermatológiában, találhatók korlátozott MI alkalmazások a klinikai gyakorlatban. Az MI lehetőségei az orvostechnikai eszközök és műszerek irányításában még mindig nagyrészt kihasználatlanok a klinikai gyakorlatban.

Azonban a feltételek már adottak az MI-megoldások megvalósításához az orvostechnikában. MI-szoftverkönyvtárak és algoritmusok, elegendő tárhely és számítási kapacitás már rendelkezésre állnak. Emellett erőteljes mérőtechnika és megfizethető számítástechnika, valamint új anyagok, hajtáslánc-koncepciók és új klinikai megközelítések állnak rendelkezésre, így intelligens gépek valósíthatók meg eszközök vagy műszerek formájában az orvoslás számára.

Az MI előnyei az orvostechnikában

A Mannheim-i projektcsoport különböző projektjei kimutatták, hogy az MI kulcsfontosságú technológia az intelligens gépvezérlésben az klinikán, azaz az eszközök, gépek vagy rendszerek, például robotok irányításában. Az MI segítségével a gépek a jövőben támogatni tudják az orvosokat kritikus feladatokban és a komplex folyamatok irányításában, akár automatikusan átvenve a folyamatokat, ezáltal a személyzetet szükség szerint tehermentesítve. Így lehetővé válik a gondozási, diagnosztikai és beavatkozási folyamatok optimális összehangolása a beteg egyéni helyzetéhez, miközben hatékonyak maradnak. Ezáltal az orvosi ellátás a további költségek ellenére is megfizethető marad a jövőben is, a szükséges digitális infrastruktúra mellett.

Tanulási adatok döntőek

A MI alkalmazásának egyik kulcskérdése az orvostechnikai termékek esetében a tanulási adatokhoz való hozzáférés. Mert a tanulóképes MI-rendszereket intelligens eszközökhöz és műszerekhez nagy mennyiségű, érvényes adaton kell kiképezni. Ez azt jelenti, hogy az adatok valósághűek és megfelelő pontossággal tükrözik a valóságot, és ellenőrizhetők a számított eredmény szempontjából. Különösen az orvostechnikai alkalmazások esetében csak klinikai mindennapokban vagy rendkívül valósághű szcenáriókban és szimulációkban lehet ilyen nagy adatokat szerezni. Ez a követelmény a legtöbb esetben akadályozza az MI-rendszerek fejlesztését az orvoslásban. A vállalatok számára ez túl nagy erőforrást igényel. Ez a hibás kör bezárul: mivel konkrét alkalmazások hiányoznak, az MI-megoldások megvalósíthatóságát és hasznosságát jelenleg nem lehet kellőképpen bizonyítani gyakorlati példák révén. Ezért a fejlesztés nehézkesen halad előre.

Legjobb gyakorlat bemutató és klinikailag releváns fejlesztési módszerek

Az ANIMMED áttörést ér el a legjobb gyakorlat bemutatókkal és a klinikához közeli fejlesztési módszerek kínálatával: három orvostechnikai MI-rendszer demonstrátor segítségével értékeli saját MI-fejlesztési módszertanát, és egyben referenciaprojekteket is használ fel. A partnerek szoros kapcsolata és a Mannheimi Egyetemi Orvosi Központ (UMM) campusán való elhelyezkedés ideális ökoszisztémát biztosít: az orvosok és az UMM intézményei, a Heinrich-Lanz Központ (HLZ), mint klinikai forrásokból származó adatok gyűjtésének specialistája, valamint a Fraunhofer Projektcsoport az orvoslásban és biotechnológiában, a PAMB, mint MI-alkalmazásfejlesztő és a Mannheim-i Medical Transfer Center (M2TC) üzemeltetője, mint bejáratott, hálózatba kapcsolt struktúra, alapot nyújt a gyors operatív projektek végrehajtásához.

Intelligens gépek alkalmazási központja az orvostechnikában (ANIMMED)

A fejlesztési és alkalmazási központ kiépítése a Fraunhofer Projektcsoport és a HLZ meglévő létesítményeiben támogatja az MI alkalmazását az orvostechnikában. A Mannheimi Egyetemi Klinika területén az ANIMMED segíti az orvostechnikai vállalatokat az MI-megoldások fejlesztésében, kiképzésében és adaptálásában az intelligens orvosi eszközök és műszerek számára.

13,9 millió euró Baden-Württemberg egészségügyi helyszínének támogatására

Ami az orvostechnikai alkalmazási központot illeti, a gazdasági minisztérium további 7 projektet támogat összesen 13,9 millió euróval. Miután a minisztertanács április 21-én jóváhagyta a támogatást a Baden-Württemberg Egészségügyi Helyszín Fórum keretében, Baden-Württemberg gazdasági minisztere, Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut így indokolta a döntést: „Az innovatív ötletek és projektek kulcsfontosságúak a tartomány eredményes egészségügyi ágazatának fejlesztésében. Különösen válság idején fontos ezeket a képességeket folyamatosan fejleszteni és a jövőre is biztosítani. Az első nyolc projekttel jelentősen előre fogjuk mozdítani ezeket a kulcsfontosságú technológiákat – a betegek javára és a Baden-Württemberg-i gazdasági helyszín érdekében.”