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Exklusiv-Interview Nvidia

»KI bewirkt einen massiven Wandel in der Medizin«

18. März 2024, 14:11 Uhr | Ute Häußler

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Digitale Patienten-Zwillinge // Neue Wege zur FDA-Zertifizierung

Wenn wir wieder auf die Medizintechnik blicken: Welche Möglichkeiten bieten Digitale Zwillinge aus Sicht von Nvidia?

Digitale Zwillinge spielen eine immer größere Rolle in der Medizin, insbesondere für die OP-Vorbereitung, die Medizinprodukte-Entwicklung und personalisierte Therapien. Wie in der Industrie werden Digital Twins genutzt, um Szenarien zu simulieren und den effektivsten Weg für klinische Workflows oder eine Behandlung zu finden.

Machen wir dasselbe für Medizingeräte, können Ärzte u.a. komplexe Operation besser vorbereiten. Die Mediziner sind mit einem KI-gestützten Zwilling in der Lage – lange bevor sie einen realen OP betreten – den Eingriff und die Medizingeräte in einer simulierten Umgebung am Patienten zu betreiben. Digitale Zwilling sind Testräume mit gleich dreifachem Nutzen.

Zum einen werden in der Simulation neue, synthetische Daten erzeugt, welche KI-Modelle weiter trainieren. Zum zweiten beginnen Medizingerätehersteller digitale Zwillinge für ihre Entwicklungsprozesse zu nutzen. Und zum dritten werden bereits digitale Zwillinge des Menschen erstellt. Diese anatomischen Zwillingsmodelle müssen höchst akkurat und genau sein. Für die Medizingeräte-Entwicklung und das OP-Training auf der Ebene des Körpers, für die Medikamenten-Entwicklung sogar auf Zellebene, um alle chemischen Prozesse im menschlichen Körper nachzubilden.

Wie unterstützt Holoscan diese medizinisch genutzten Zwillinge?

Unsere Plattform stellt die Verbindung zwischen dem Medizingerät und der digitalen Nachbildung des Systems her – dieser »Hardware in the Loop«-Ansatz erlaubt es z.B. eine KI-Anwendung auf einem Modell des Medizingerätes laufen zu lassen und zu testen. Die simulierte Umgebung ist exakt das, was Nvidias Omniversum mit digitalen Zwillingen ausmacht: Sie ist physikalisch genau.

Das ist der Punkt, wo die Bedeutung der Holoscan-Plattform, des beschleunigten Computings und der Künstlichen Intelligenz zusammenkommt. Die Eigenschaften von Haut exakt nachzubilden, die physikalischen Eigenschaften von reflektiertem Licht beim Schneiden; das klappt nur mit riesigen Berechnungen. Erst dann kann die Simulation die Frage beantworten: Wie reagiert eine KI-Anwendung in dieser Umgebung?

Wie können MedTech-Entwickler am besten starten, KI in Ihre Medizingeräte zu integrieren?

Zum Einstieg bieten wir die Clara AGX Entwicklungs-Kits an. Uns war wichtig, dass im Dev-Kit wirklich derselbe Computer steckt, wie auch in dem Medizingerät, welches am Ende auf den Markt kommt. Die Möglichkeit, die Entwicklung ab einem sehr frühen Stadium bis zur Verifizierung und Validierung sowie der Markteinführung auf einer Plattform zu durchlaufen, ist essenziell.

Viel zu oft wird für die Entwicklung eine Art Sammelsurium gebaut, welches dann umständlich in eine Produktionsumgebung überführt werden muss. Deswegen gibt es von Nvidia Prototyping von Anfang bis Ende. Unser Fokus liegt darauf, Entwickler zu unterstützen, ihre KI-integrierten Medizinprodukte schnell in den Markt zu bringen. Deswegen wollen wir zumindest die interne Systemvalidierung so rational wie möglich gestalten und die Firmen dahingehend entlasten. Immerhin müssen die Hersteller nachfolgend noch die ordnungsgemäße, klinische Validierung ihres Gerätes durchlaufen.

Arbeiten Sie mit der FDA zusammen?

Wir sprechen mit der FDA, aber nicht direkt. Für Entwicklungsprojekte ist das Sache der Hersteller. Als Nvidia träumen wir davon, dass Holoscan und IGX seitens der FDA als Allzweck-Computer eingestuft werden, wie vor 15 Jahren das iPhone – deshalb führen wir Gespräche. Das KI-System wäre dann quasi vorzertifiziert und müsste nicht in den Regelkreis der MedTech-Hersteller einbezogen werden. Die Anwendung an sich würde die Zulassung durchlaufen, aber eben nicht jedes Mal auch das Computersystem. Diese Entkopplung wäre für die Medizintechnik-Industrie ein enormer Aufschwung.

Welche Auswirkungen hätte diese Entkopplung?

Die Medizingerätebauer müssten sich zumindest für den KI-Teil nicht mehr um funktionale Sicherheit und Cyber Security kümmern. Das integrieren wir in die Plattform, es ist alles auf unserem Software-Layer. Innerhalb von IGX haben wir die funktionale Sicherheit, wir führen alle Cyber-Sicherheitspatches durch. Genau dafür ist auch das Entwickler-Kit bis zur Produktion gedacht, zusätzlich stellen wir final noch zusätzliche Software nach medizinischen Standards zur Verfügung. Wenn die KI-Plattform nicht Teil der Zertifizierung wäre, hätten MedTech-Hersteller eine große Sorge weniger.

Daher die Absicht, KI und Medizingeräte bei der FDA zu entkoppeln. Wir sind jetzt ungefähr ein Jahr live mit der Plattform und der Plan nimmt langsam Gestalt an. Medtronic konnte sehr schnell auf den Markt kommen und wenn weitere Unternehmen ihre KI-gestützten Medizinprodukte schnell auf den Markt bringen können, werden wir eine Art Schneeball-Effekt erleben.

Was ist für Sie der nächste große Schritt für KI in der Medizin?

Die Zukunft der Künstlichen Intelligenz liegt für mich darin, Echtzeit-Entscheidungskompetenz an alle Ecken des Gesundheitssystems zu bringen. Keine Leuchtturm-Projekte, sondern umfassende Co-Piloten und KI-Integration in jede Art der medizinischen Bildgebung.

Die Systeme sind weltweit am Limit, u.a. aufgrund der alternden Bevölkerung. Gleichzeitig hat nur ein Drittel der Weltbevölkerung Zugang zu bildgebenden Verfahren, Medizingeräten und dergleichen. Mit dem Einsatz von KI und schnellerer Datenverarbeitung könnten kleinere Medizingeräte gebaut werden, billiger. Die eingebaute KI würde eine Krankenschwester befähigen, eine Ultraschall-Untersuchung durchzuführen. Die KI-Fähigkeiten würden den Markt deutlich erweitern.

Die Arzneimittelforschung lässt sich schon heute von zehn Jahren auf wenige Monate schrumpfen. In fünf Jahren hat das Gesundheitssystem vielleicht einen digitalen Zwilling jedes Menschen, seine Krankenakte, seine Labor- und Wearable-Daten. Die Daten gibt es bereits, wir haben sie nur noch nicht zusammengefügt. Wenn wir darauf basierend innerhalb von Wochen ein neues, ganz individuelles Medikament entwickeln können, dann haben wir echte personalisierte Medizin.

Vielen Dank für das Gespräch!