Trends in der digitalen Gesundheit und Ethik mit KI

Digitale Tools für die Gesundheitsbranche setzen sich in der Zeit nach der Pandemie zunehmend durch. Innovationen im Bereich mobiler Apps, tragbarer Sensoren und digitaler Therapien wurden von Aufsichtsbehörden auf der ganzen Welt auf die Schnelle genehmigt, was zu einer äußerst patientenfreundlichen Technologielandschaft geführt hat, wie der diese Woche von IQVIA veröffentlichte Bericht „Digital Health Trends 2021“ aufzeigt.

Die Zahl der digitalen Gesundheits-Apps hat in diesem Jahr über 350.000 erreicht, davon kamen allein im Jahr 2020 90.000 hinzu. Die Apps verlassen die Nische des Fitness-Trackings, werden vielseitiger und überwachen bereits verschiedene individuelle Gesundheitszustände, kontrollieren verschiedene Krankheitsverläufe, koordinieren Therapien und verknüpfen die Verwaltung von Gesundheitsplänen mit Versicherern.

Der digitale Gesundheitsmarkt erreichte im Jahr 2020 ein Investitionsvolumen von 24,7 Milliarden US-Dollar, wobei sich die Nutzung von Apps zur Krankheitsverwaltung im Vergleich zu 2015 fast verdoppelt hat. Der Schwerpunkt der Apps lag auf psychischen Erkrankungen, Diabetes und auf der Herz-Kreislauf-Überwachung.

In der IQVIA-Studie finden sich Belege für eine positive Auswirkung auf die Gesundheit der Patienten durch die kontinuierliche Nutzung bestimmter Apps und die zunehmende Einbeziehung tragbarer Geräte und Biomarker in die Behandlung. Dabei ist vielleicht am interessantesten, dass die Geräte bei einer zunehmende Anzahl von klinischen Studien und bei der Fernüberwachung von Patienten in kritischen Situationen zum Einsatz kommen.

Dem Bericht zufolge haben 80 % der Unternehmen zur Unterstützung klinischer Studien während der Pandemie telemedizinische Hilfsmittel eingesetzt, während etwa 40 % Anwendungen zur elektronischen Einwilligung und 30 % Hausbesuche eingesetzt haben. Die Lieferung von Medikamenten an Patienten wurde von knapp 25 % der Unternehmen genutzt und tragbare Geräte wurden von weniger als 10 % verwendet.

Die Nutzung von Gesundheits-Apps bringt eine positive Dynamik mit sich: Je mehr Menschen sie nutzen und je besser die Ergebnisse bei den verschiedenen Behandlungsarten sind, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Ärzte sie empfehlen und dass neue Tools eingeführt werden, um Behandlungslücken zu schließen. Darüber hinaus hat der Einsatz von künstlicher Intelligenz bei der Frühdiagnose von Krankheiten dazu beigetragen, der Technologie mehr Glaubwürdigkeit zu verleihen in einer Welt, die der Einführung neuer Systeme vor einigen Jahren noch skeptisch gegenüber stand.

Wie jedes maschinelle Lernsystem, das mit realen Daten trainiert werden muss, bevor es getestet und schließlich in die Produktion überführt werden kann, um Ergebnisse vorherzusagen, sammeln viele dieser Apps und Wearables verschiedene physische und sogar physiologische Variablen, um ein Szenario zu erstellen, das eine Vorhersage ermöglicht. Bei den gängigen Geräten werden am häufigsten die Herzfrequenz, die Anzahl der Schritte, die zurückgelegte Entfernung und der Kalorienverbrauch erfasst, wobei die Daten vor allem von Messgeräten am Handgelenk wie Fitness-Trackern und Smartwatches stammen. Doch es gibt noch eine weitere Reihe von Variablen, die durch mehr als 300 in die Geräte eingebettete Sensoren erfasst werden, darunter Beschleunigungsmesser, Temperaturmesser, aber auch Messungen von Helligkeit in Smartphones, Luftfeuchtigkeit, Gewicht, UV-Licht oder dem Blutdruck.

Mit der zunehmenden Verwendung von KI für die Prävention, Vorhersage und Behandlung von Krankheiten hat die Weltgesundheitsorganisation kürzlich ihren ersten globalen Bericht “Ethics and Governance of Artificial Intelligence for Health” zur Ethik der künstlichen Intelligenz im Gesundheitswesen veröffentlicht. Nachdem eine Gruppe von 20 internationalen Experten zwei Jahre lang die Chancen und Herausforderungen der KI für die digitale Gesundheit analysiert hatte, veröffentlichte die Organisation einige allgemeine Richtlinien, Grundsätze und empfohlene Praktiken für den ethischen und verantwortungsvollen Einsatz von KI im Gesundheitswesen, mit dem Ziel, einem falschen, illegalen, diskriminierenden oder unmenschlichen Einsatz der Technologie vorzubeugen.

Die WHO nennt sechs grundlegende ethische Prinzipien, die für die Steuerung und Regulierung von KI im Gesundheitswesen gelten sollten:

• Schutz der menschlichen Autonomie
• Förderung des Wohlergehens und der Sicherheit der Menschen sowie des öffentlichen Interesses
• Gewährleistung von Transparenz, Erklärbarkeit und Verständlichkeit
• Förderung von Verantwortung und Rechenschaftspflicht
• Sicherstellung von Inklusion und Gerechtigkeit
• Förderung einer KI, die responsiv und nachhaltig ist

In diesem Sinne ist die Verwendung von Geräten zur Sammlung von Daten und zur Erstellung von Vorhersagen, die dann von Ärzten analysiert werden, nicht prinzipiell abzulehnen. Aber es muss sichergestellt werden, dass die von den Apps abgegebenen Empfehlungen in einem plausiblen Parameterbereich liegen, der dem Patienten im Falle eines Fehlers nicht schadet.

So wurde beispielsweise die Verwendung von Sensoren eingeführt, um Funktionsbereiche mittels biologisch-digitaler Marker zu überwachen, etwa bei der Kontrolle neurologischer Erkrankungen. Indem sie die Nutzung eines Mobilgeräts verfolgen, können sie Hand- und Augenbewegungen, Stimmtöne und Schlafmuster erfassen und Angstzustände durch aufgabenverändernde Funktionen sowie die intensive Nutzung bestimmter Apps erkennen. Durch die Erfassung all dieser Daten sollte das KI-System in der Lage sein, Empfehlungen für den Arzt auszusprechen, der nach Bewertung der Situation des Patienten über die weiteren Maßnahmen entscheiden sollte.

Die Tatsache, dass klinische Studien zunehmend mit Hilfe von digitalen Gesundheits-Apps durchgeführt werden, zeigt, wie groß der Bedarf an einer technologischen Integration in die Genehmigungsverfahren der Zulassungsbehörden ist. Während Elektrokardiogramme in der Vergangenheit zur Feststellung der kardialen Sicherheit bei der Bewertung neuer Medikamente eingesetzt wurden, kommen seit 2015 Glukosemessgeräte bei endokrinologischen Untersuchungen, Spirometrie bei Atemwegsstudien und Blutdruckmessgeräte bei der Nachverfolgung kardiologischer Reaktionen – alle aus der Ferne angwendet – immer häufiger zum Einsatz. Die IQVIA-Studie hebt als Trend während der Covid-19-Pandemie die Verwendung von Aktigraphie hervor, die zur Überwachung von Aktivität und Schlafmustern dient, sowie die Messung von Sauerstoffversorgung, Temperatur, Herzfrequenz, Blutdruck und sogar Atemfrequenz durch tragbare Geräte.

Was kommt als Nächstes?

Die technologischen Fortschritte müssen sich nun aus der Präzision der Sensoren in den Instrumenten ergeben, die bereits heute in der digitalen Medizin eingesetzt werden, gekoppelt an Systeme zur Anwendung von Bioflüssigkeiten und Medikamenten. Das zeigt eine Studie von Flexible Electronics, die mehrere auf dem Markt erhältliche sowie in der Anpassungs- und Entwicklungsphase befindliche Gerätetypen bewertet hat.

Präzisions-Aktigraphie ist die Bezeichnung für die Überwachung der körperlichen Aktivität mit millimetergenauer Präzision, wobei selbst die kleinsten Nuancen von Bewegungen erfasst werden, um degenerative Prozesse wie Parkinson oder Alzheimer zu erkennen. Durch die Messung der Geschwindigkeit von Bewegungsveränderungen, des Winkels und der Entfernung von Schritten sowie des Armschwingungsbereichs können die Systeme möglicherweise den Schweregrad der Krankheit beurteilen und geeignetere Behandlungen aufzeigen.

Mit Hilfe von Algorithmen, die in hochempfindliche Mikrofonsensoren eingebettet sind, können die Systeme spezifische akustische Biomarker identifizieren, die zur Erkennung von Anomalien bei der Atmung, der Art des Hustens oder von Sprechpausen verwendet werden können. All das sind wertvolle Informationen für klinische Tests im Bereich der Atemwegserkrankungen oder in der Neurologie.

Andere Systeme, die in Smartphone-Kameras eingebettet sind, können etwa Verhaltensveränderungen oder emotionale Veränderungen durch eine Gesichtsanalyse erkennen und Daten zur Überwachung kognitiver Funktionen, Depressionen oder sogar unerwünschter Ereignisse bei Krebspatienten liefern. Und kleinere, tragbare Bildgebungsgeräte können zur Ferndiagnose mittels Ultraschalluntersuchungen oder zur Elektroenzephalographie bei Patienten mit Epilepsie oder Schlafstörungen eingesetzt werden.

Ebenfalls in der Testphase befinden sich drahtlose Produkte, die bei Bedarf Medikamente in den Körper injizieren und dabei akustische Wellen, magnetische und elektrische Felder und sogar elektromagnetische Strahlung nutzen, um Mechanismen nach einem vorgegebenen Zeitplan auszulösen. In einer kürzlich in Nature Electronics veröffentlichten Studie wurden die Vorteile und Grenzen solcher Geräte eingehend bewertet und Gestaltungsrichtlinien aufgezeigt, die bei der Entwicklung angewendet werden können.

Insgesamt bleibt abzuwarten, ob die ethischen Richtlinien der Technologienutzung zu denen der Cybersicherheit und des Monitorings hinzukommen werden, um die Übernahme von außen und das Hacken von Patientendaten durch Unbefugte zu verhindern.