KI und Robotik gestalten die Medizin der Zukunft

Die Gesundheitswirtschaft trägt mit rund zwölf Prozent wesentlich zur Bruttowertschöpfung in Deutschland (Stand 2025) bei.¹⁾ Etwa jede sechste erwerbstätige Person arbeitet in der medizinischen Versorgung, der Gesundheitsindustrie oder angrenzenden Bereichen wie Versicherungen, Verwaltung sowie Fitnesseinrichtungen. In Baden-Württemberg (BW) zählt der industrielle Sektor mit einem Anteil von 31 Prozent neben der Automobilbranche und dem Maschinenbau zu den großen Leitindustrien des Landes.

Derzeit steht die Branche allerdings vor großen Herausforderungen: Der demografische Wandel erhöht den Behandlungsbedarf stetig, während der Fachkräftemangel zunimmt. Steigende Kosten und bürokratische Anforderungen setzen die Kliniken wirtschaftlich unter Druck, und regulatorische Vorgaben verzögern Investitionen sowie Innovationen. Zudem werden digitale Technologien nur wenig genutzt, und der Schwerpunkt liegt zu sehr auf – häufig kostenintensiven – therapeutischen Maßnahmen statt auf Prävention und Früherkennung.

Um langfristig eine hochwertige medizinische Versorgung zu sichern, sollen künftig Künstliche Intelligenz und robotische Systeme verstärkt genutzt werden. Dabei steht nicht der Ersatz von Fachkräften im Vordergrund, sondern deren Entlastung und Unterstützung. Ziel ist es, wieder mehr Raum für menschliche Kompetenzen wie Empathie, Kreativität und verantwortungs­bewusstes Handeln zu schaffen. Gleichzeitig kann die Medizin mithilfe der Technologien präziser, schneller und patientenorientierter werden.

Bereits heute entlasten Roboter das Pflegepersonal und übernehmen patientenferne Aufgaben wie die Reinigung von Bodenflächen sowie den Transport von Wäsche, Proben, Medikamenten oder Mahlzeiten.²⁾³⁾ Darüber hinaus werden humanoide Roboter erprobt, die Serviceleistungen und einfache Pflegetätigkeiten erfüllen können.⁴⁾⁵⁾ Der Empathie-Roboter Navel wiederum aktiviert und unterhält Menschen in Pflegeeinrichtungen.⁶⁾

In der Chirurgie ist das Da-Vinci-Assistenzsystem schon seit mehreren Jahren etabliert.⁷⁾ Der von Chirurginnen und Chirurgen über eine Konsole präzise gesteuerte Operationsroboter verbessert bei minimal-invasiven Eingriffen im Bauch- und Brustraum die Sicht auf das Operationsfeld, gleicht belastungsbedingte Tremorbewegungen aus und ermöglicht den Zugang zu schwer erreichbaren Bereichen.

KI und maschinelles Lernen wiederum unterstützen insbesondere die Analyse sowie Befundung medizinischer Daten und Bilder. Innerhalb kürzester Zeit lassen sich beispielsweise Tumoren in MRT-Aufnahmen, CT-Scans oder Gewebeproben identifizieren sowie komplexe Hirnstromdiagramme auswerten.^8)9)10) Mithilfe von Wearables wie Fitnesstrackern oder Smartwatches können Gesundheitsdaten im Alltag erfasst und beispielsweise epileptische Anfälle frühzeitig erkannt werden.¹¹⁾ In all diesen Fällen verbleibt die Entscheidung über Diagnose und Therapie aber bei den Medizinerinnen und Medizinern. Die KI liefert Entscheidungshilfen, diagnostische Vorschläge sowie Risikoab­schätzungen und ermöglicht so eine bessere und schnellere ärztliche Beurteilung.

In der Labordiagnostik, Arzneimittelproduktion und Qualitätskontrolle steigern KI und Automatisierung die Effizienz der Prozesse. Die Technologien können zudem die Entwicklung von Medikamenten um ein Vielfaches beschleunigen.¹²⁾

Das Zusammenspiel von Mensch und Maschine erfordert allerdings neben strukturellen Rahmen­bedingungen vor allem klare rechtliche und ethische Richtlinien, die den Missbrauch der sensiblen Gesundheitsdaten verhindern. Hier müssen Gesundheitswesen, Wirtschaft und Wissenschaft gemeinsam Wege finden, um das Vertrauen der Menschen in die neuen Technologien zu fördern. Nur so kann ihr Potenzial zum Wohle der Patientinnen und Patienten vollständig ausgeschöpft werden.

KI-Systeme beispielsweise sind nur so gut wie die Daten, mit denen sie trainiert wurden. Je mehr Patientinnen und Patienten ihre Gesundheitsdaten – positive wie negative – zur Verfügung stellen, desto besser werden die Assistenzsysteme. Diese personenbezogenen Informationen unterliegen einem besonders strengen Schutz (Art. 9 Abs. 1 DSGVO), und die Einwilligung zur Nutzung als Trainingsgrundlage ist bisher freiwillig, zweckgebunden und jederzeit widerrufbar.¹³⁾ Mit dem seit März 2024 geltenden Gesundheitsdaten­nutzungsgesetz wurde jedoch eine rechtliche Grundlage geschaffen, die unter bestimmten strengen Voraussetzungen die Verwendung anonymisierter und pseudonymisierter Daten für Forschungsprojekte ohne explizite Einwilligung der Betroffenen erlaubt.¹⁴⁾ Dies soll helfen, den medizinischen Forschungsstandort Deutschland langfristig zu stärken.

Da insbesondere KI-Systeme zur medizinischen Bildanalyse große Mengen hochwertiger Trainingsdaten erfordern, hat die MIRA Vision Microscopy GmbH ein neuartiges Verfahren entwickelt, mit dem sich unabhängig von Patientendaten in kürzester Zeit geeignete Datensätze aus synthetischen fotorealistischen Bildern generieren lassen.¹⁵⁾

Eine wesentliche Voraussetzung für die Gesundheitsversorgung der Zukunft ist die umfassende Digitalisierung der Daten; angefangen von Arztberichten, Laborbefunden und Medikationsplänen bis hin zu bildgebenden Untersuchungen. Die Anfang 2025 in Deutschland eingeführte elektronische Patientenakte (ePA) bündelt deshalb digitale Gesundheitsinformationen an einem zentralen Ort. Dies soll die Kommunikation zwischen den Akteuren erleichtern und helfen, die Behandlungsqualität zu verbessern sowie Doppel­untersuchungen und gesundheitsschädliche Wechselwirkungen von Medikamenten zu verhindern.

Dezentrale Strukturen, inkompatible Schnittstellen und die bislang geringe datengetriebene Vernetzung stellen hierzulande jedoch eine große Herausforderung dar.¹⁶⁾ Obwohl bereits viele digitale Gesundheitsdaten erhoben werden, liegen diese häufig in isolierten Systemen - sogenannten Datensilos - vor und lassen sich nicht zwischen Anbietern oder verschiedenen Technologieplattformen austauschen. Echte Interoperabilität beinhaltet zudem nicht nur den technischen, sondern auch den inhaltlich korrekten Transfer, das heißt, Werte müssen systemübergreifend dieselbe Bedeutung haben.

BW hat deshalb 2023 das Projekt MEDI:CUS (Medizindaten-Infrastruktur: cloudbasiert, universell, sicher) gestartet.¹⁷⁾ Ziel ist der Aufbau einer sicheren und datenschutzkonformen cloudbasierten Plattform als Grundlage für die verantwortungsvolle und effiziente Nutzung medizinischer Daten. Denn erst die durchgängige Dokumentation über alle Behandlungsstationen hinweg ermöglicht eine ganzheitliche Versorgung und erleichtert individuelle Behandlungskonzepte.

Bereits heute besitzt das Land eine hohe Dichte an Software-Unternehmen, eine vielfältige Branchenstruktur sowie exzellente Forschungseinrichtungen. Es führt europaweit bei Investitionen in Forschung und Entwicklung und ist deutscher Spitzenreiter bei Patent­anmeldungen.¹⁸⁾¹⁹⁾ Im Cyber Valley, Europas größtem Forschungskonsortium im Bereich KI und Robotik, sind mehr als 90 Start-ups und zahlreiche renommierte Institute vernetzt.²⁰⁾ Ergänzend bündelt die Innovations­offensive Quantum^BW Kompetenzen in der Quantenforschung und -technologie mit besonderem Fokus auf den Gesundheitsbereich.²¹⁾ Und mit dem Innovationspark Künstliche Intelligenz (IPAI) entsteht in Heilbronn ein Standort, an dem Akteure aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft gemeinsam nachhaltige und ethisch verantwortungsvolle KI-Systeme entwickeln wollen.²²⁾

Leistungsfähige Netzwerke sind entscheidend für Innovationen, die häufig im Grenzbereich zwischen verschiedenen Fachgebieten entstehen. In BW begünstigt die hohe Branchen­durchmischung ungewöhnliche interdisziplinäre Kooperationen. Die Firma Fysor etwa kombiniert Medizintechnik und Gaming und bietet eine App für video­kontrolliertes Beckenbodentraining an.²³⁾

Zeit spielt in der medizinischen Versorgung eine zentrale Rolle. Daher zielen viele Entwicklungen darauf ab, Untersuchungen, Operationen oder diagnostische Prozesse zu beschleunigen. So unterstützt der in Mannheim am Forschungscampus M²OLIE entwickelte Assistenzroboter guidoo die Positionierung und Ausrichtung von Biopsie-Nadeln.²⁴⁾ Dies verkürzt den Eingriff und erhöht die Sicherheit.²⁵⁾

Die von der Tübinger Cerebri GmbH angebotenen EEG-Messkappen ermöglichen ebenfalls eine zügige und zudem einfach durchführbare Untersuchung. In Kombination mit der KI-gestützten telemedizinischen Auswertung könnte diese Diagnostik zukünftig auch außerhalb spezialisierter Zentren angeboten werden.²⁶⁾ Dem Unternehmen dxOmics aus Tübingen wiederum ist es gelungen, mithilfe von KI die Dauer der Genomanalyse von vier bis sechs Wochen auf etwa eine Stunde zu verkürzen.²⁷⁾

Physische Unterstützung erhalten Chirurginnen und Chirurgen durch das Assistenzsystem noac der Hellstern medical GmbH aus Wannweil. Der bereits vielfach eingesetzte und ins NATO-Innovationsprogramm DIANA aufgenommene Exoroboter stabilisiert und entlastet den Körper der Operierenden. Dies reduziert Ermüdungserscheinungen und steigert Leistungsfähigkeit sowie Präzision.²⁸⁾

In der Chirurgie erweitert KI-gestützte Bildgebung die Möglichkeiten. Ein in Heidelberg entwickeltes multispektrales Imaging-System analysiert beispielsweise die Sauerstoff­sättigung des Gewebes in Echtzeit und erlaubt so die kontinuierliche nicht-invasive Überwachung der Gewebedurchblutung während einer Operation.²⁹⁾ Weiterhin ermöglicht die Analyse hyperspektraler Aufnahmen der Handinnenfläche und des Ringfingers mit Deep Learning-Algorithmen eine schnelle, einfache und zuverlässige Sepsisdiagnostik.

Der Nutzen KI-basierter Lösungen hängt maßgeblich von einer sorgfältigen Validierung der eingesetzten Algorithmen ab. Damit die Ergebnisse zuverlässig und aussagekräftig sind, müssen ausreichend Daten sowie geeignete Bewertungsmetriken verwendet werden. Das von einem internationalen Konsortium unter Heidelberger Leitung entwickelte Online-Tool Metrics Reloaded unterstützt die Auswahl passender Metriken für die jeweilige Bildanalyse und verbessert so die Ergebnisqualität.³⁰⁾

Für die Akzeptanz ist zudem Transparenz entscheidend. Damit Ärztinnen und Ärzte die Diagnosestellung nachvollziehen können, nennt das am DKFZ entwickelte System zur Hautkrebsdiagnostik die berücksichtigten Merkmale. Die erklärbare KI (XAI: Explainable Artificial Intelligence) stärkt das Vertrauen in das Verfahren und kann zusätzlich die Diagnosesicherheit der Medizinerinnen und Mediziner erhöhen.³¹⁾ Das System Hetairos zur Tumorklassifikation wiederum gibt an, wie sicher die Vorhersage ist, und schlägt mehrere wahrscheinliche Diagnosen vor.⁸⁾

KI und Robotik werden die Gesundheitsversorgung künftig effizienter, präziser und patientenorientierter gestalten. Durch die Entlastung des medizinischen Personals entsteht mehr Raum für die persönliche Betreuung der Erkrankten. Gleichzeitig ermöglichen KI-gestützte Verfahren individuellere Diagnosen und Therapien, da sie patientenspezifische Unterschiede stärker berücksichtigen als bisherige standardisierte Behandlungsansätze. Die umfassende Analyse von Gesundheitsdaten verbessert zudem Prävention und Früherkennung. Insgesamt kann die höhere Versorgungsqualität langfristig zur Senkung der Behandlungskosten beitragen.

Robotik und Automatisierung beschleunigen Forschung und Entwicklung und steigern die Effizienz von Produktionsprozessen. So lassen sich beispielsweise zellbasierte Individual­therapien, deren Herstellung viele manuelle Arbeitsschritte umfasst, kostengünstiger herstellen und werden einer größeren Gruppe zugänglich. Damit die neuen Technologien dauerhaft als Wachstumstreiber der Gesundheitswirtschaft wirken können, müssen sie von Beginn an ressourcenschonend, ökologisch und sozial verträglich entwickelt werden.

Langfristig sind die Ziele noch ambitionierter: Ein intelligenter kognitiver Operationsaal dokumentiert das Geschehen automatisch, reguliert die Beleuchtung selbstständig und stellt relevante Patientendaten bereit.³²⁾ Mithilfe von Simulationstechniken lassen sich beispielsweise biomechanische Modelle für den passgenauen Einsatz künstlicher Gelenke erstellen.³³⁾ Digitale Zwillinge helfen, Therapien individuell anzupassen und Folgeschäden frühzeitig zu erkennen.³⁴⁾ Mikro- und Nanoroboter wiederum erleichtern minimalinvasive Untersuchungen, die gezielte Verabreichung von Medikamenten oder auch Behandlung von Tumoren.³⁵⁾³⁶⁾

Bei verantwortungsvollem Einsatz bieten die innovativen Technologien großes Potenzial zur Verbesserung der medizinischen Versorgung – sowohl in hochentwickelten Ländern als auch in bisher unterversorgten Regionen.