Robotik im Gesundheitswesen: Die Zukunft von Robotern im Medizinbereich

Medizinische Roboter assistieren bei Operationen, rationalisieren den klinischen Arbeitsablauf und die Krankenhauslogistik und verbessern die Patientenversorgung und die Sicherheit am Arbeitsplatz.

Eine Übersicht über Robotik im Gesundheitswesen

  • Medizinische Roboter können in verschiedene Kategorien eingeteilt werden: chirurgische Assistenz-, modulare und autonome Roboter.

  • Der Einsatz von Robotern im medizinischen Bereich hilft, die Patientenversorgung und deren Behandlungsergebnisse zu verbessern und gleichzeitig die betriebliche Effizienz zu steigern.

  • Auf Intel Technik basierende Robotik fördert Innovationen mit KI-gestützter Chirurgie, Automatisierung und Echtzeitanalyse von Patientendaten.

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In den 1980er Jahren kamen die ersten medizinischen Roboter auf den Markt, die mithilfe von Roboterarmtechnik für chirurgische Assistenz sorgten. Im Laufe der Jahre haben Computer-Vision und Datenanalysen auf Grundlage künstlicher Intelligenz (KI) medizinische Roboter nachhaltig transformiert und ihre Vorteile auf viele andere Gebiete im Gesundheitswesen ausgeweitet.

Heute werden Roboter nicht nur im Operationssaal eingesetzt, sondern auch in klinischen Umgebungen, um das Gesundheitspersonal zu unterstützen und die Patientenversorgung zu verbessern. Im Zuge der COVID-19-Pandemie begannen Krankenhäuser und Kliniken mit der Verwendung von Robotern für eine wesentlich breiteres Aufgabenspektrum, um die Belastung mit Pathogenen zu reduzieren.

Der Einsatz von Robotik und Automatisierung erstreckt sich auch auf Forschungslabors. Dort werden sie zur Automatisierung manueller, sich wiederholender und hochvolumiger Aufgaben eingesetzt, damit sich Techniker und Wissenschaftler auf strategisch wichtigere Aufgaben konzentrieren können und somit schneller neue Forschungsergebnisse erzielen können.

Die Optimierung der Arbeitsabläufe und die Risikominderung durch die medizinische Robotik bietet Vorteile in vielen Bereichen. So können Roboter beispielsweise Patientenzimmer eigenständig säubern und vorbereiten, sodass sich in Stationen für Infektionskrankheiten der persönliche Kontakt minimieren lässt. Roboter mit KI-fähiger Arzneierkennungssoftware reduzieren die Zeit, die benötigt wird, um Medikamente zu identifizieren, zuzuordnen und an Patienten in Krankenhäusern zu verteilen.

Mit fortschreitender Entwicklung der Technik werden Roboter zunehmend autonomer agieren und bestimmte Aufgaben schließlich vollständig selbst ausführen. So können Ärzte, Krankenpfleger und anderes medizinisches Fachpersonal mehr Zeit für die direkte Patientenversorgung aufwenden.

Vorteile von Robotik im Gesundheitswesen

Der Einsatz von Robotern im medizinischen Bereich ermöglicht eine hochwertige Patientenversorgung, effiziente Prozesse in klinischen Umgebungen und ein sicheres Umfeld für Patienten und das Gesundheitspersonal.

Hochwertige Patientenversorgung

Medizinische Roboter unterstützen minimal-invasive Verfahren, individuelle und regelmäßige Überwachung von Patienten mit chronischen Krankheiten, intelligente Therapeutik und soziale Interaktion mit älteren Patienten. Da Roboter die Arbeitslast verringern, können Krankenpfleger und andere Betreuer Patienten mehr Empathie und menschliche Interaktion zukommen lassen, was das langfristige Wohlbefinden fördert.

Optimierte klinische Arbeitsabläufe

Autonome mobile Roboter (AMRs) vereinfachen Routineaufgaben, reduzieren die physische Belastung von menschlichem Personal und sorgen für konsistentere Verfahren. Diese Roboter helfen bei Personalengpässen und -problemen, indem sie die Vorräte überwachen und frühzeitig Bestellungen aufgeben, damit Ausrüstung, Geräte und Medikamente stets dort vorrätig sind, wo sie gebraucht werden. Reinigungs- und Desinfektions-AMRs sorgen dafür, dass Krankenhauszimmer schnell keimfrei gemacht und für neue Patienten vorbereitet werden können, sodass sich das Personal auf patienten- und wertorientierte Arbeit konzentrieren kann.

Sicheres Arbeitsumfeld

AMRs werden in Krankenhäusern, in denen ein Expositionsrisiko für Krankheitserreger besteht, für den Transport von Ausrüstung und Bettwäsche eingesetzt, um die Sicherheit der Mitarbeiter im Gesundheitswesen zu gewährleisten. Reinigungs- und Desinfektionsroboter verringern die Gefährdung durch Krankheitserreger und tragen zur Reduzierung von in Krankenhäusern übertragenen Infektionen bei; in Hunderten von Gesundheitseinrichtungen kommen sie bereits zum Einsatz1. Soziale Roboter, ein Typ von AMR, helfen außerdem bei schweren Aufgaben wie dem Bewegen von Betten oder Heben von Patienten, wodurch körperliche Belastungen des Gesundheitspersonals verringert werden.

Chirurgische Assistenz-Roboter

Da sich die Technik zur Bewegungssteuerung weiterentwickelt hat, sind chirurgische Assistenz-Roboter heute deutlich präziser. Diese Roboter unterstützen Chirurgen mit KI-gestützter Technik und maschinellem Sehen, damit diese komplexe Operationen noch schneller und mit höherer Präzision durchführen können. Einige chirurgische Roboter können Aufgaben sogar autonom erledigen, wobei Chirurgen die Eingriffe über eine Konsole überwachen.

Chirurgische Eingriffe mit Unterstützung durch Roboter werden in zwei Hauptkategorien durchgeführt:

 

  • Minimal-invasive Operationen im Oberkörper. Dazu gehören robotergestützte Hysterektomie, Prostatektomie, Adipositaschirurgie und andere Verfahren, die sich vor allem auf Weichgewebe konzentrieren. Nach dem Einführen durch einen kleinen Einschnitt erreichen diese Roboter selbst die richtige Position und schaffen eine stabile Plattform, über die per Fernsteuerung Operationen vorgenommen werden können. Offene Chirurgie mit großen Einschnitten war bei den meisten internen Operationen einmal die Norm. Die Genesungszeit war dabei deutlich länger, das Potenzial für Infektionen und andere Komplikationen größer. Manuelles Arbeiten durch einen knopfgroßen Einschnitt ist selbst für erfahrene Chirurgen äußerst schwierig. Chirurgische Roboter machen diese Eingriffe einfach und präzise und sorgen dafür, dass sich Infektionen und andere Komplikationen reduzieren lassen.
  • Orthopädische Chirurgie. Die Geräte können für gängige orthopädische Operationen wie Knie- und Hüftersatz vorprogrammiert werden. Durch Kombination von intelligenten Roboterarmen, 3D-Bildgebung und Datenanalysen ermöglichen diese Roboter vorhersehbare Ergebnisse, wobei sie zur Unterstützung des Chirurgen räumlich definierte Grenzen anwenden. Die KI-Modellierung erlaubt es Robotern, in bestimmten orthopädischen Eingriffen „geschult“ zu werden – mit präzisen Anweisungen zur Richtung sowie zur Ausführung des Eingriffs.

Dank der Möglichkeit, einen Video-Feed aus dem Operationssaal mit anderen Standorten (ob nah oder fern) zu teilen, können sich Chirurgen mit anderen Fachspezialisten austauschen. So profitieren Patienten davon, dass an den Eingriffen die besten Chirurgen beteiligt sind.

Das Gebiet der chirurgischen Robotik entwickelt sich weiter und nutzt zunehmend KI. Computer-Vision ermöglicht es chirurgischen Robotern, in ihrem Sichtfeld zwischen verschiedenen Arten von Gewebe zu unterscheiden. Zum Beispiel können chirurgische Roboter Chirurgen inzwischen dabei helfen, bei Eingriffen Nerven und Muskeln zu vermeiden2. Hochauflösende 3D-Computer-Vision bietet Chirurgen detaillierte Informationen und verbesserte Fähigkeiten während eines Eingriffs. Schließlich werden Roboter kleine Unterverfahren übernehmen können, wie z. B. das Vernähen oder andere definierte Aufgaben, stets unter dem wachsamen Auge des Chirurgen.

Die Robotik spielt auch hinsichtlich der Schulung von Chirurgen eine wichtige Rolle. Simulationsplattformen nutzen KI und virtuelle Realität, um chirurgisches Robotik-Training bereitzustellen. In der virtuellen Umgebung können Chirurgen Eingriffe üben und Fähigkeiten mithilfe robotischer Steuerung verfeinern.

Modulare Roboter

Modulare Roboter ergänzen andere Systeme und können so konfiguriert werden, dass sie verschiedene Aufgaben erledigen. Im Gesundheitswesen gehören dazu therapeutische Exoskelett-Roboter sowie prothetische Roboterarme und -beine.

Therapeutische Roboter können nach Schlaganfällen, Lähmungen, traumatischen Gehirnverletzungen oder bei durch Multiple Sklerose verursachten Beeinträchtigungen bei der Rehabilitation helfen. Der sich in der Entwicklung befindende, an einem Rollstuhl montierte Roboterarm von Intel und Accenture soll Patienten mit Rückenmarksverletzungen bei der Erledigung alltäglicher Aufgaben helfen. Roboter, die mit KI und Tiefenkameras ausgestattet sind, können den Zustand von Patienten überwachen, wenn sie verschriebene Übungen ausführen, den Bewegungsgrad in verschiedenen Positionen messen und Fortschritte genauer verfolgen als das menschliche Auge. Außerdem können sie mit Patienten interagieren, um Coaching und Ermutigung zu bieten.

Autonome mobile Roboter

Einrichtungen der Gesundheitsversorgung vertrauen auf AMRs, da diese bei kritischen Aufgaben wie der Desinfektion, der Telepräsenz und der Verabreichung von Medikamenten und medizinischem Versorgungsartikeln Unterstützung bieten und somit sichere Umgebungen schaffen, während das Personal sich verstärkt den Patienten widmen kann. AMRs mit integriertem LiDAR-System (Light Detection and Ranging) sowie visuellen Rechen- oder Mapping-Funktionen können Patienten in Untersuchungs- oder Krankenhauszimmern selbst aufsuchen, sodass Klinikpersonal aus der Ferne interagieren kann. Wird ein AMR von einem Remotespezialisten oder anderen Mitarbeitern gesteuert, kann der AMR die Ärzte bei ihren Visiten begleiten, wobei der Spezialist Beratung auf dem Bildschirm in Bezug auf Patientendiagnosen und -versorgung beisteuert.

Einige Roboter können Fachkräfte unterstützen, noch bevor ein Patient eingecheckt wird. So wird zum Beispiel ein autonomer Roboter in Mexiko, der vom Start-up Roomie entwickelt wurde, eingesetzt, um medizinisches Personal bei Hochrisikopatienten mit COVID-19 zu unterstützen. Der RoomieBot stuft die Patienten bei ihrer Ankunft im Krankenhaus ein, indem er ihre Temperatur und ihren Sauerstoffgehalt im Blut misst sowie ihre Krankengeschichte überprüft. RoomieBot nutzt Intel Technik, einschließlich KI-Algorithmen, die auf der Intel® Movidius™ Vision Processing Unit (VPU), Intel® NUCs der 8. Generation und Intel® RealSense™ Kameras ausgeführt werden.

Andere Typen von AMRs, die im Gesundheitswesen eingesetzt werden, sind Serviceroboter und soziale Roboter.

Serviceroboter

Durch Übernahme logistischer Routineaufgaben können Serviceroboter das Personal entlasten. Viele dieser Roboter agieren autonom und können nach Erledigung einer Aufgabe einen Bericht senden. Solche Roboter richten Patientenzimmer her, verfolgen Lieferungen und geben Bestellungen auf, erneuern medizinische Vorräte und transportieren Bettwäsche in die und aus der Wäscherei. Wenn bestimmte Routineaufgaben von Servicerobotern übernommen werden, hat das Gesundheitspersonal mehr Zeit, sich um den unmittelbaren Patientenbedarf zu kümmern und die Arbeitszufriedenheit der Mitarbeiter erhöht sich. Der TUG-Roboter von Aethon ist ein Serviceroboter, der genau das tut. Der TUG ist in der Lage, sich in komplexen und sich verändernden Umgebungen fortzubewegen, um Bettwäsche sicher an die Pflegestationen zu liefern, sowohl nach festgelegtem Zeitplan als auch auf Abruf.

Serviceroboter können auch bei der Reinigung und Desinfektion helfen. Diese AMRs können ultraviolettes Licht (UV-Licht) und Wasserstoffperoxid-Dampf oder Luftfiltration verwenden, um Infektionen zu reduzieren und erreichbare Orte auf einheitliche Weise zu desinfizieren. Ein autonomer mobiler Roboter-Prototyp, der vom Start-up Akara entwickelt wurde, wird für eine dieser routinemäßigen, aber wichtigen Aufgaben getestet: die Desinfektion kontaminierter Oberflächen mit UV-Licht. Akara hat sich das Ziel gesetzt, Krankenhäuser im Kampf gegen COVID-19 bei der Desinfektion von Räumen und Geräten zu unterstützen.

Soziale Roboter

Soziale Roboter interagieren direkt mit Menschen. Diese „freundlichen“ Roboter können in langfristigen Pflegeumgebungen eingesetzt werden, um für soziale Interaktion und Überwachung zu sorgen. Sie können Patienten ermutigen, Behandlungspläne einzuhalten, oder kognitives Engagement fördern, sodass Patienten aufmerksam und positiv gestimmt bleiben. Sie können auch dazu verwendet werden, Besuchern und Patienten in der Krankenhausumgebung den Weg zu weisen. Im Allgemeinen helfen soziale Roboter bei der Reduzierung der Arbeitslast von Pflegepersonal und verbessern das emotionale Wohlbefinden der Patienten.

Intel® Technik für medizinische Roboter

Intel® Technik ermöglicht Robotik-Lösungen für das Gesundheitswesen in einem vielfältigen Ökosystem von Hardwareherstellern und Softwareanbietern. Intel bietet eine breite Palette an Rechentechnologien mit Unterstützung für Computer-Vision, um die Designanforderungen von hochleistungsfähiger Technik für chirurgische Assistenz, mobilen Liefer- und autonomen UV-Desinfizierungsrobotern und Robotern zu erfüllen, die eine bessere Patientenüberwachung, Fachberatung, soziale Interaktion und vieles mehr ermöglichen.

Intel® Technik dient als Grundlage für Robotik im Gesundheitswesen

Intel® IoT- und Embedded-Prozessoren

Intel® Prozessoren sind mit verschiedenen Optionen für Rechenleistung und Stromverbrauch erhältlich, die von Deep-Learning-gestützten chirurgischen Robotern bis hin zu Desinfizierungsrobotern mit geringem Stromverbrauch alles ermöglichen.

Intel® RealSense™ Technik

Intel® RealSense™ Tiefenkameras helfen Anbietern bei der Verfolgung von Veränderungen in den Gelenken von rheumatoiden Arthritispatienten, um das Fortschreiten der Krankheit genau zu überwachen. Bei Patienten in der Physiotherapie können Therapeuten mit Kameras Veränderungen im Bewegungsradius überwachen, um Fortschritte bei der Rehabilitation präziser zu bestimmen.

Von Intel unterstützte 5G-Netze

Von Intel unterstützte 5G-Netze verbessern über videobasierte Checkups den Zugriff auf medizinische Spezialisten und erlauben durch beispiellose Verbindungsgeschwindigkeiten, ultraniedrige Latenz und extreme Netzwerkzuverlässigkeit AR/VR-gestützte Operationen.

Intel® Distribution of OpenVINO™ Toolkit

Die Intel® Distribution des OpenVINO™ Toolkits optimiert die Entwicklung von Vision-Anwendungen auf Intel® Plattformen, darunter VPUs und CPUs. Dieses Portfolio unterstützt vielfältige Anwendungsfälle, von chirurgischen Assistenzrobotern über autonome Service- und soziale Roboter, die durch Krankenhausflure navigieren.

Intel® FPGAs

Intel bietet ein umfassendes Portfolio an Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) für eine Vielzahl von Anforderungen – von Highend-Leistungsanforderungen für KI-gestützte chirurgische Assistenz-Roboter bis hin zu energiesparenden, kostenbewussten Robotern für die Abfallentsorgung oder Wäscheauslieferung.

Erkenntnisse vom Netzwerkrand für autonome mobile Roboter

Intel® Edge Insights for Autonomous Mobile Robots bietet Entwicklern ein zweckorientiertes, offenes und modulares Software-Entwicklungskit, mit dem sie End-to-End-Roboteranwendungen schneller und einfacher entwickeln, erstellen und bereitstellen können.

Die Zukunft der Robotik im medizinischen Bereich

Im Zuge der zunehmenden Weiterentwicklung in den Bereichen maschinelles Lernen, Datenanalyse, maschinelles Sehen und anderen Technologien wird sich die medizinische Robotik dahingehend weiterentwickeln, dass Aufgaben autonom, effizienter und präziser ausgeführt werden können. 

Intel arbeitet gemeinsam mit Technologieanbietern und Wissenschaftlern an der Entwicklung der nächsten Generation von Robotiklösungen. Intel unterstützt durch Bereitstellung von Technologie- und Forschungs-Support die Erarbeitung neuer Anwendungen für KI- und IoT-Technik im Bereich der Medizinrobotik. Diese Beiträge fördern laufende Innovationen, die die Automatisierung erhöhen, die Effizienz steigern und einige der größten Herausforderungen im Gesundheitswesen lösen.

Die Zukunft von Robotik im Gesundheitswesen

Health Robotics wird sich weiterentwickeln; das Gleiche gilt auch für Bereiche wie maschinelles Lernen, Datenanalysen, Computer-Vision und andere Technologien. Roboter aller Arten werden kontinuierlich optimiert, um Aufgaben autonom, effizient und präzise zu erledigen.

Intel arbeitet gemeinsam mit Technologieanbietern und Wissenschaftlern an der Entwicklung der nächsten Generation von Robotiklösungen. So arbeitet Intel Labs China mit dem Suzhou Collaborative Innovation Medical Robot Research Institute zusammen, um einen medizinischen Robotics-Inkubator für Start-ups zu etablieren. Intel unterstützt durch Bereitstellung von Technologie- und Forschungs-Support die Erarbeitung neuer Anwendungen für KI- und IoT-Technik im Bereich der Medizinrobotik. Diese Beiträge fördern laufende Innovationen, die die Automatisierung erhöhen, die Effizienz steigern und einige der größten Herausforderungen im Gesundheitswesen lösen.

Häufig gestellte Fragen

Der Einsatz von medizinischer Robotik, ein schnell wachsender Bereich im Gesundheitswesen, erhöht die Präzision bei chirurgischen Eingriffen sowie die Effizienz in Krankenhäusern und Kliniken.

Roboter decken im medizinischen Bereich verschiedene Bereiche ab. Chirurgische Roboter ermöglichen beispielsweise minimal-invasive Operationen und erlauben es neueren Chirurgen, früher in ihrer Karriere komplexe Eingriffe durchzuführen. Autonome mobile Roboter werden in sämtlichen Bereichen von Krankenhäusern und Kliniken eingesetzt. Sie können Oberflächen entlang vordefinierter Pfade reinigen und desinfizieren oder sich selbständig in den Einrichtungen fortbewegen, sich mit Patienten beschäftigen und Ärzten die Möglichkeit geben, aus der Ferne zu konsultieren.

Im Allgemeinen werden Roboter im medizinischen Bereich eingesetzt, um das Pflegepersonal bei seinen täglichen Aufgaben zu unterstützen. Die Unterstützung durch Roboter kann von der Automatisierung sich wiederholender Aufgaben in einem Forschungslabor über die autonome Navigation durch Krankenhäuser zur Lieferung von Bettwäsche in die Patientenzimmer bis hin zur Überwachung des Zustandes eines Patienten bei der Durchführung der verschriebenen Übungen in der Physiotherapie reichen.

Medizinische Roboter verändern das Gesundheitswesen von Grund auf. Dank der Automatisierung durch Roboter gehören zeitaufwändige, manuelle Aufgaben der Vergangenheit an. Dies beschleunigt die Forschung im Gesundheitswesen und ermöglicht es Ärzten, Krankenpflegern und anderen Mitarbeitern, mehr Zeit für die Patienten aufzuwenden. Chirurgische Assistenz-Roboter helfen Chirurgen dabei, mit höherer Geschwindigkeit und Präzision im Operationssaal zu arbeiten. Autonome soziale Roboter verbessern durch soziale Interaktion und Überwachung sogar das Patientenerlebnis.

Zu den wichtigsten Typen von medizinischen Robotern, die im Gesundheitswesen eingesetzt werden, gehören chirurgische Roboter, modulare Roboter und autonome mobile Roboter.

Medizinische Roboter verändern das Gesundheitswesen von Grund auf. Dank der Automatisierung durch Roboter gehören zeitaufwändige, manuelle Aufgaben der Vergangenheit an. Dies beschleunigt die Forschung im Gesundheitswesen und ermöglicht es Ärzten, Krankenpflegern und anderen Mitarbeitern, mehr Zeit für die Patienten aufzuwenden. Chirurgische Assistenz-Roboter helfen Chirurgen dabei, mit höherer Geschwindigkeit und Präzision im Operationssaal zu arbeiten. Autonome soziale Roboter verbessern durch soziale Interaktion und Überwachung sogar das Patientenerlebnis.

Zu den wichtigsten Typen von medizinischen Robotern, die im Gesundheitswesen eingesetzt werden, gehören chirurgische Roboter, modulare Roboter und autonome mobile Roboter.

Produkt- und Leistungsinformationen

1

„Coronavirus: Roboter nutzen Lichtstrahlen, um Krankhauskeime zu bekämpfen“, BBC, März 2020, https://www.bbc.com/news/business-51914722.

2

„Häufige Fragen zur robotergestützten Chirurgie“, UC Davis Health, https://health.ucdavis.edu/surgicalservices/roboticsurgery/faqs.html.