KI und Robotik Autonome Ultraschall-Roboter entlasten den medizinischen Alltag

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Roboter können künftig Routine-Untersuchungen mit dem Ultraschall übernehmen. Forscher der Technischen Universität München haben ein erstes System entwickelt.

Vor sechzig Jahren etablierte sich der Ultraschall in der Medizin. Vor zwanzig Jahren ließ sich das erste Ultraschallgerät erstmals aus der Ferne steuern. Nun steht der nächste Entwicklungssprung bevor, hin zu einem autonomen Ultraschallsystem. 

Forscher der Technischen Universität München haben ein robotisches System entwickelt, das Patienten ohne Beisein eines Arztes mit Hilfe eines Ultraschallgeräts untersucht. Dafür ist der Ultraschallkopf an einem Roboterarm angebracht, der etwa auf dem Unterarm oder dem Bauchraum eines Patienten aufsetzt und autonom diese Regionen untersucht.

In der Arztpraxis: Zugriff auf autonom erstellte 3D-Bilder

Das System stellt eigenständig Gefäße aus dem Inneren des Körpers in 3D dar, visualisiert physiologische Parameter wie die Fließgeschwindigkeit des Blutes und nimmt Medizinern so Routineaufgaben ab. Auch einzelne Anomalien, wie etwa eine Verengung von Gefäßen, erkennt das System . Die Ärzte haben die Ergebnisse der Untersuchung vorliegen und können sich mehr auf die Betreuung und Beratung der Patienten konzentrieren.

Im Operationssaal: Robotischer liefert eigenständig Bilder

Anders als bei einer Routineuntersuchung, bei der ein Ultraschall zu Forschungszwecken schon autonom und standardisiert gemacht werden kann, lässt sich das autonome System während einer Operation unterstützend nutzen. 

Für Operationen an der Wirbelsäule setzen die Forscher aus dem Navab-Lehrstuhl auf das Konzept der „geteilten Kontrolle“. Der Mediziner setzt den Ultraschall wie gehabt selbst ein, lässt sich aber auch autonom unterstützen, um die Arme frei zu haben. Wenn der Operateur beispielsweise eine Injektion in ein Wirbelgelenk setzt, dann kann ein solches System Bilder der jeweiligen Region hinzuschalten, ohne die Operation zu stören. Zudem ist das System in der Lage, die Bilder per Maschinellem Lernen zu überprüfen, um Anomalien zu finden, die beispielsweise auf eine Fraktur eines Wirbelkörpers hindeuten.

Vielfältige Forschungsgebiete

„Wir wollen ein robotisches System mit Künstlicher Intelligenz schaffen, das die Physik des Ultraschalls kennt, die Physiologie und Anatomie des Menschen analysiert und Ärzte darin unterstützt zu entscheiden, was zu tun ist“, erklärt Nassir Navab, Leiter des Lehrstuhls für Informatikanwendungen in der Medizin und Augmented Reality an der Technischen Universität München.

Navab bringt dafür als einer von wenigen Professoren weltweit Forscher in Künstlicher Intelligenz, Computer Vision, Medizin und Robotik in seinem Labor zusammen. 

Wir wollen ein robotisches System mit Künstlicher Intelligenz schaffen, das die Physik des Ultraschalls kennt, die Physiologie und Anatomie des Menschen analysiert und Ärzte darin unterstützt zu entscheiden, was zu tun ist.

Voraussetzung: Vertrauen in die Robotik

Bevor sich die Roboterarme mit den Ultraschallköpfen in Bewegung setzen, sind nach Ansicht von Professor Navab „vertrauensbildende Maßnahmen“ wichtig. Dafür forscht sein Team an einer Mensch-Maschine-Interaktion, welche eine entspannte und sichere Umgebung garantieren soll. Das Kennenlernen etwa beginnt mit einer anschaulichen Animation, die zeigt, welche Schritte während der Untersuchung durchgeführt werden und welche Bewegungen der Roboter vorhat. Durch diese Einführung sind Patienten darauf vorbereitet, was sie erwartet.

Nassir Navab geht jedoch davon aus, dass Menschen die Technologie schnell akzeptieren werden: „Menschen messen schon heute ihren Puls, Körpertemperatur oder Blutdruck mit ihrer Smartwatch oder anderen digitalen Anwendungen“, erläutert er, „sie werden sicher auch mithilfe von robotischen Systemen Ultraschalluntersuchungen an sich machen lassen.“

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