KI und Robotik verbessern das OP-Management im Krankenhaus

Der Erfolg einer Chirurgischen Klinik ist maßgeblich an die Funktionalität des zentralen OP-Managements gebunden. Umso erstaunlicher ist es, wie wenig Forschung in diese Richtung betrieben wird. Als sich das Essener Universitätsklinikum im Jahr 2015 auf den Weg zum Smart Hospital machte, wurde allen Bereichen die Möglichkeit eingeräumt, sich an der Digitalisierungsinitiative aktiv zu beteiligen, so auch dem zentralen OP-Management, das sich mit Vertretern aus der freien Wirtschaft, Startups und weiteren universitären Häusern zusammensetzte, um mögliche Projekte für die digitale Transformation zu identifizieren. Mit Hilfe des gegründeten Projektteams gewannen wir im Jahr 2019 zwei mit jeweils etwa 2 Millionen Euro geförderte Forschungsprojekte, die drei Jahre später mit den jeweiligen Projektpartnern erfolgreich umgesetzt wurden. So förderte zum einen das Bundesministerium für Bildung und Forschung das Forschungsprojekt „Sterirob“, ein Sensorsystem zur Identifikation und Handhabung von Sterilen chirurgischen Instrumenten und zum anderen einen Leitmarkt vom Land NRW und der Europäischen Union zum Thema Gesundheit. Hierbei wurde ein RFID-Chip entwickelt, der als Tag auf oder in den chirurgischen Instrumenten implementiert werden kann. Den genannten Projekten folgen in den nächsten Monaten weitere Forschungsvorhaben wie das ebenfalls vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte RUBIN (Regionale unternehmerische Bündnisse für Innovation) Förderprogramm, eine Medizingeräteplattform für offene und vernetzte Zentrale Arbeitsstationen in OP und der Klinik. Weiterhin arbeiten wir an der Entwicklung eines KI-basierten, echtzeitnahen und interaktiven OP-Assistenzsystems zur Optimierung der OP-Planung, OP-Dokumentation und Materialwirtschaft. Diese und andere Beispiele zeigen, dass die Digitalisierung und KI im OP extremes Potenzial haben.

Prozessuale Optimierungen im zentralen OP-Management haben erwartungsgemäß auch unmittelbare Auswirkungen auf die wirtschaftliche Situation eines Krankenhauses. Hier werden die Kernerlöse erzielt. Gleichzeitig aber verursacht es mit bis zu 50 € pro Minute die höchsten Kosten. Unzureichend kalkulierte OP-Zeiten in der Vorplanung und ungenügende Reaktionen auf OP-Komplikationen führen zu Überstunden und Mehraufwänden des OP-Personals, gepaart mit verschobenen OPs und unausgelasteten OP-Sälen. Eine weitere Schwachstelle ist die Organisation der Materialwirtschaft. Unzureichende Kenntnisse der tatsächlich verwendeten Sterilgüter und OP-Materialien führen zu einem überhöhten Bedarf und damit zu Mehrkosten in der Anschaffung und Mehraufwänden des OP-Personals bzgl. der Organisationsprozesse zur Bereitstellung, Aufbereitung, Kommissionierung und Lagerung der Güter. Über KI-basierte OP-Assistenzsysteme werden nicht nur Materialdokumentation und -organisation, sondern auch die Zusammenstellung von OP-Sieben verbessert. Mit den erzeugten Materialdaten wird ein OP-Dokumentationsassistenzsystem unter Integration der analysierten OP-(Historien)Daten erstellt. Gleichermaßen wird ein Mensch-Technik-Interaktionskonzept entwickelt, um die Akzeptanz und Usability des Systems hinsichtlich der Interaktion zwischen Mensch und KI zu gewährleisten. Hierzu gehört auch die Reduktion einer viel zu hohen Zahl an kabelgebundenen Unterstützungssystemen im OP-Bereich. Die Entwicklung einer geeigneten drahtlosen Datenübertragung zwischen den Unterstützungssystemen wie C-Bögen, Robotikeinheiten wie der DaVinci mündet in einer Verbesserung für Patienten und Beschäftigte. Dieser Ansatz ist besonders wichtig, spielen Roboter und autonome Transportsysteme auch im Krankenhaus eine immer wichtigere Rolle. Bereits heute müssen intelligente Robotersysteme große Datenmengen in kürzester Zeit verarbeiten. Die dafür notwendige Hardware in den Robotern selbst unterzubringen, ist häufig baulich nicht umsetzbar. Werden Roboter an leistungsstarke Netze angebunden, ist durch die geringe Latenz und hohe Bandbreite eine Übertragung der Sensordaten möglich. Dies erlaubt neben einer platz- und kostensparenden Bauweise der Roboter eine schnelle, zuverlässige und sichere Übertragung sowie Verarbeitung der aufgenommenen Daten. Vor allem KI-basierte Bildverarbeitungs- und Erkennungsalgorithmen zur Navigation und Interaktion der Roboter mit der Umgebung stellen besondere Anforderungen an die Hardware und Software, dürfen sich parallellaufende Prozesse nicht gegenseitig blockieren.