Smart Health made in Bochum

Prof. Dr. med. Christoph Hanefeld

Die Krankenhaus-Medizin wird sich in den kommenden fünf bis zehn Jahren grundlegend verändern. Die Digitalisierung wird viele Arbeitsabläufe erleichtern und beschleunigen und zu einer individualisierten Medizin zum Vorteil des Patienten führen.

Prof. Dr. med. Christoph Hanefeld
Geschäftsführer Katholisches Klinikum Bochum

Smart Health Data

Die Digitalisierung hat auch in der Medizin Einzug gehalten. Längst werden Patientendaten gesammelt und ausgewertet, um mit Hilfe Künstlicher Intelligenz die Versorgung der Patienten zu individualisieren und zu verbessern. Am Standort Bochum arbeiten Wirtschaft, Wissenschaft und Versorgung dabei Hand in Hand. Gemeinsam haben sie Projekte im Sinne einer „Sicheren Gesundheit made in Bochum“ entwickelt und machen die Stadt zu einem bundesweit führenden Standort für die Medizin der Zukunft.

Einsatz von Deep Learning in der Krebs- und Alzheimerforschung

Eine moderne Methode, mit der Big Data in Smart Data verwandelt und für die Medizin der Zukunft nutzbar gemacht werden kann, ist das sogenannte Deep Learning. Diese könnte die Diagnose von Krebs und Alzheimer einen entscheidenden Schritt voranbringen. So ist es Prof. Dr. Klaus Gerwert vom Zentrum für Protein-Diagnostik (ProDi) gelungen, einen Bluttest zu entwickeln, der anhand von Protein-Biomarkern bis zu 14 Jahre vor der klinischen Manifestation von Alzheimer diese Erkrankung präzise anzeigen kann. Gerwert ist Gründungsdirektor des im Juni 2019 auf dem Gesundheitscampus in Bochum eröffneten Zentrums. In dem von Bund und Land geförderten Forschungsbau ProDi arbeiten rund 150 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an dem Ziel, mit neu entwickelten Methoden der Proteinforschung die Frühdiagnose von Krebs und von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer zu präzisieren. Insbesondere sollen neue Proteinbiomarker entdeckt werden.

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Allein in Deutschland leiden bereits heute ca. 1,7 Millionen Menschen an einer Demenzerkrankung. Vorhersagen gehen davon aus, dass sich die Zahl bis zum Jahr 2050 auf drei Millionen erhöhen wird. Die mit zwei Dritteln häufigste Form von Demenz ist Morbus Alzheimer. Etwa 15 Jahre vor der klinischen Manifestation werden Fehlfaltungen von Proteinen beobachtet, die schließlich zur Alzheimer typischen Plaque-Bildung im Gehirn führen.

Einen vielversprechenden Weg verfolgen die Forscher von ProDi im Bereich der Krebsdiagnostik. Ein innovativer diagnostischer Ansatz ist die hier entwickelte „Label-free digital pathology“, bei der erkranktes Gewebe anhand von Millionen Infrarotspektren mit Hilfe des Computers virtuell eingefärbt wird. Dabei wird „Big Data“ zu „Smart Data“ und der Krebs präzise diagnostiziert.

Die Auswertung der Infrarotspektren erfolgt durch ein Team von Bio-Informatikern mit Hilfe von sogenannten Deep Learning-Algorithmen im hauseigenen Rechencluster von ProDi. An Darmkrebs wurde der Ansatz bereits erfolgreich etabliert und wird derzeit auf Lunge und Blase übertragen.

Deep Learning bei der Alzheimer-Forschung wird anders ausgerichtet, da nicht ortsaufgelöst ein Gewebe, sondern eine Körperflüssigkeit untersucht wird, die weit weniger spektrale Banden aufweist. An diesen neuen Ansätzen zur Analyse von Körperflüssigkeiten mit Hilfe von Biomarkern wird derzeit in ProDi intensiv gearbeitet. Prof. Klaus Gerwert spricht also noch von „Zukunftsmusik“. Er ist sich aber sicher, dass Alzheimer dank Smart Health Data, eingesetzt im Alzheimer-Bluttest, in einigen Jahren zwar nicht heilbar, aber ähnlich wie HIV nur noch eine chronische Erkrankung sein wird.

Sepsis-Forschung in Bochum

Große Hoffnung in die Digitalisierung setzt auch die Sepsisforschung, um in Zukunft gezielt nach Mustern suchen und effektive Behandlungsmöglichkeiten entwickeln zu können. Denn noch immer sterben allein in Deutschland 162 Menschen täglich an einer Sepsis. Lediglich neun sind es dagegen im Straßenverkehr. Die gemeinhin als Blutvergiftung genannte Sepsis ist damit die dritthäufigste Todesursache in Deutschland. Die Erkrankung ist bis heute nicht grundlegend erforscht. Trotz milliardenschwerer Förderung stirbt immer noch beinahe jeder zweite Patient an den Folgen einer Sepsis. In dem aus Landes- und EFRE-Mitteln geförderten Projekt SepsisDataNet.NRW haben sich nun elf geförderte und zwei assoziierte Partner aus Forschung, Wirtschaft und Versorgung zusammengeschlossen. Ziele sind der Aufbau einer umfangreichen Biomaterialdatenbank zur Erkennung von Biomarkern als Basis für eine Sepsisdiagnose sowie die Entwicklung eines Decision Support Moduls für die behandelnden Ärzte.

„Denn das Problem ist, dass wir schlichtweg noch nicht verstehen, wie die Sepsis gestoppt werden kann“

Prof. Dr. Michael Adamzik, Direktor der Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie am Universitätsklinikum Knappschaftskrankenhaus Bochum

 

Die pseudonymisierte Generierung und Auswertung der klinischen Daten von derzeit 300 Patienten erfolgt nahezu sekündlich. So lässt sich bereits am ersten Tag vorhersagen, welcher Patient mit hoher Wahrscheinlichkeit versterben wird. Erkennbare Muster könnten der Ansatz für die Erforschung einer möglichst frühen und erfolgreichen Therapie sowie der Entwicklung von Medikamenten sein.

Vernetzt wurden im Rahmen von SepsisDataNet.NRW bisher acht Kliniken in Bochum, die ihre Daten aus den digitalisierten Patientenakten zur Verfügung stellen. Im Rahmen des Folgeprojektes Symbara soll die systemmedizinbasierte personalisierte Sepsisanalyse nun vom Standort Bochum aus auf noch breitere Füße gestellt werden, um mithilfe von Big Data und Künstlicher Intelligenz gezielt nach Mustern zu suchen und die Sepsisforschung in Deutschland in eine ganz neue Richtung zu schieben. An beiden Projekten maßgeblich beteiligt ist auch die Bochumer KAIROS GmbH, die das Sammeln und den Vergleich sämtlicher Daten überhaupt erst möglich macht.

Darüber hinaus werden Forschungsdaten beispielsweise aus der Genomik, Proteomik und anderen Teilbereichen der modernen Biologie und Medizin (Omics) gesammelt, die mit Hilfe von KAIROS ausgewertet und analysiert werden. Um diese in Kombination mit den Daten der Kliniken für die Künstliche Intelligenz überhaupt nutzbar machen zu können, müssen die Daten aus den Systemen extrahiert und „in Form gebracht“ werden. Das heißt: „Sie müssen in die gleiche Sprache übersetzt werden“, so Dr. Christian Stephan, Managing Partner der KAIROS GmbH. KAIROS bedient sich dabei sogenannter ETL-Prozesse.

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Das Wort Omic stammt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie „alles“. Die sprachliche Neuprägung umfasst alle Teilbereiche der modernen Biologie und Medizin, die auf -omic enden. Dazu zählen unter anderem Genomic, Proteomic, Metabolomic und Transkriptomic. In der Medizinforschung heißt das, dass die Gesamtheit etwa eines Proteinbestandes oder der Gene innerhalb einer Zelle, eines Organs oder eines Organismus zu einem bestimmten Zeitpunkt untersucht wird. Ziel ist es, auf Grundlage der sich verändernden Prozesse Krankheiten genau studieren und analysieren zu können.

„Bochum ist ein Schmelztiegel für eine Smart-Health-Digitalisierungs-Strategie. Die Agentur GesundheitsCampus Bochum hat die Player zusammengebracht und schafft ein Umfeld, in dem auch junge Unternehmen diese Vernetzung leben können.“

Dr. Christian Stephan, Managing Partner der KAIROS GmbH

Die Masse der Daten, die bei der KAIROS GmbH gesammelt und transformiert werden, machen es möglich, einen Decision Support zu entwickeln. Dieser soll den Arzt nicht ersetzen, sondern ihn in seiner Entscheidung unterstützen. Die enge Kooperation zwischen Forschung, Wirtschaft und Versorgung ebnet somit den Weg hin zu einer besseren Diagnostik und Versorgung mit dem Ziel einer irgendwann personalisierten Medizin.

Künstliche Intelligenz im Klinikalltag

Erste Kliniken in Bochum setzen bereits auf den Einsatz von Smart Health Data bei der Versorgung ihrer Patienten. Ein Beispiel ist KI-unterstützte Diagnostik beispielsweise bei neurodegenerativen Erkrankungen. So arbeitet man im Katholischen Klinikum Bochum zum einen daran, den Arzt mittels einer rechnergestützten Diagnostik bei der Befundung von MRT-Bildern, CT- oder Röntgenaufnahmen zu entlasten. Am Beispiel Multiple Sklerose unterstützt zudem die Künstliche Intelligenz die  Aufbereitung der Daten und macht den Verlauf der Krankheit sichtbar. Korreliert mit weiteren Merkmalen und Therapien führt das schließlich zu einer individuellen, personalisierten Therapie.

Dank leistungsstarker Universitätskliniken sowie führender Unternehmen der IT- und Medizintechnik bietet Bochum eine entscheidende Netzwerkstruktur für die Entwicklung interdisziplinärer Projekte und innovativer Produkte im Bereich von Smart Health Data. In einem nächsten Schritt geht es um den Austausch der Daten zwischen den Krankenhäusern und Arztpraxen.  

„Der Datenschutz hat gerade bei medizinischen Daten oberste Priorität.“

Prof. Dr. med. Christoph Hanefeld, Geschäftsführer Katholisches Klinikum Bochum GmbH  

Im Rahmen des Falko-Projekts funktioniert der Austausch von Radiologiedaten zwischen den Krankenhäusern im Ruhrgebiet bereits ohne Datenverlust. Im Rahmen eines Folgeprojektes sollen nun weitere Daten wie beispielsweise Untersuchungsbefunde, Laborwerte oder kardiologische Daten ausgetauscht werden. Durch den Aufbau einer solchen Telematik-Infrastruktur werden beispielsweise Doppeluntersuchungen und Doppelbefunde vermieden, die in der Vergangenheit oftmals mit Zeit- und Qualitätsverlust einher gingen.

Info

Die individualisierte oder auch personalisierte Medizin stützt sich auf immer neues Wissen über molekulare Prozesse im Leben eines Menschen. So bestimmen individuelle Faktoren wie Erbgut, Lebensstil, Alter und Geschlecht mögliche Krankheitsverläufe. Wissenschaft und Forschung arbeiten daran, diese Faktoren – unter anderem mit Künstlicher Intelligenz – sichtbar und nutzbar zu machen: für maßgeschneiderte Prävention, Diagnose und Therapie.

„In Bochum geht die Forschung bereits konkret in den Alltag über.“

Prof. Dr. med. Christoph Hanefeld, Geschäftsführer Katholisches Klinikum Bochum GmbH

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