6G steckt noch in den Anfängen, verspricht aber schnellere Datenübertragung und eine geringere Latenz. Damit eröffnen sich in der Medizin neue Chancen, auch im Hinblick auf die Analyse großer Datenmengen mit KI. Das Echtzeit-Monitoring von Patienten wird möglich, aber auch das Tracking von Sterilgut im OP
Schneller, besser, mehr Leistung – die neue Mobilfunkgeneration 6G bringt viele Vorteile. Auch für die Medizin. Denn: „Bei 6G rückt der Mensch in den Fokus“, sagt Christoph Lipps, Teamleiter Cyber Resilience & Security in der Forschungsgruppe Intelligente Netze am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI). Im Projekt 6G Health beispielsweise liegt der Schwerpunkt auf Gesundheitsthemen. Es trägt mit 17 anderen Industrieprojekten zur 6G-Plattform Deutschland bei. Mehr als 100 Professoren und zahlreiche Industriepartner sind daran beteiligt, und beim DFKI laufen die Fäden zusammen.
Inhaltsverzeichnis
6G: Weiterentwicklungen für die Medizin – aber erst 2030 verfügbar
Präzisere Behandlungen sind das Ziel für 6G
Nachrichtentechniker und Mediziner sind bei 6G-Entwicklung in einem Boot
Erfahrungen mit 5G in der Telemedizin – Datenmenge erfordert künftig aber 6G
Projekt 6G Health: ein Arbeitsbereich betrifft den kabellosen OP
6G kann die Digitalisierung in der Medizin beschleunigen – zusammen mit Anwendern
Datenschutz ist bei Remote Services eine Herausforderung
Weitere Informationen zu 6G
Beispiel: Ferngesteuerte Robotik für den OP
Konzept MD Comp: Vernetzung leicht gemacht
6G: Weiterentwicklungen für die Medizin – aber erst 2030 verfügbar
„6G ist ein Konglomerat aus verschiedenen Technologien. Dazu gehören resiliente Infrastrukturen einschließlich intelligentem Monitoring und Sicherheit, echtzeitfähige Robotik, Security oder auch Virtual Reality“, so Lipps. Diese Technologien werde es allerdings erst sukzessive geben. „6G wird kein Riesenswitch sein, sondern vielmehr die konsequente Weiterentwicklung von 5G.“
Auch wenn die Standardisierungsarbeiten von 6G erst in diesem Jahr gestartet sind und erste kommerzielle System voraussichtlich nicht vor 2030 auf dem Markt verfügbar sein werden, dürfte klar sein, dass es im Vergleich zu 5G deutliche technische Steigerungen geben wird: 6G soll Datenraten von bis zu 200 Gbit/s, Latenzen bis zu 0,1 ms und Gerätedichten bis zu 106 bis 108/km2 realisieren. Diesen Rahmen hat die International Telecommunication Union (ITU) gesteckt. Zum Vergleich: 5G bietet Datenraten von bis zu 20 Gbit/s und eine Latenz von etwa 1 ms.
Präzisere Behandlungen sind das Ziel für 6G
„6G und biomedizinische Technologien werden die medizinische Praxis und Forschung grundlegend verändern. Mit schnellerer Datenübertragung, verbesserten KI-Fähigkeiten und reduzierter Latenz wird der Gesundheitszustand von Patienten in Echtzeit überwacht und präzise behandelt werden können, was zu besseren medizinischen Ergebnissen und geringeren Kosten führt“, sagt Prof. Thomas Neumuth, Leiter des Innovation Center Computer Assisted Surgery, kurz Iccas, am Universitätsklinikum Leipzig.
(Bild:Swen Reichhold)
Das Forschungszentrum ist Teil von 6G Health, das im Februar 2023 startete. Insgesamt 19 Partner erarbeiten hier über drei Jahre hinweg Anforderungen an medizintechnische 6G-Komponenten. Dabei werden sowohl regulatorische als auch technische und rechtliche Rahmenbedingungen berücksichtigt. Und auch internationale Standardisierungs- und Normungsaktivitäten bei medizintechnischen Anwendungen wollen die Partner im Projekt vorbereiten. „6G Health nähert sich dem Thema von unterschiedlichen Seiten, da wir in der Vergangenheit feststellen mussten, dass aktuelle Kommunikationstechnologien nicht oder nur unzureichend in der medizinischen Versorgung ankommen“, sagt Dr. Max Rockstroh, Teamleiter Communication Systems and Interoperability am Iccas. „Dafür gibt es verschiedene Gründe, wie die langen Entwicklungszyklen der Medizingeräte, Herausforderungen und Unsicherheiten bei der Zulassung von Medizinprodukten und deren Risikomanagement, Unternehmensinteressen und ein hoher Kostendruck auf Seiten der Entwickler und der Nutzer.“ Aktuell sei 6G Health in der technischen Entwicklung angekommen und die Akteure beginnen, erste Demonstratoren aufzubauen.
Junge Ärzte sind offen für Digitalisierung im Gesundheitswesen
Die enge Anbindung an zwei große Kliniken – die Charité Universitätsmedizin Berlin und das Universitätsklinikum Leipzig – sind dabei laut Rockstroh essenziell für die Anwendersicht. „Der große Vorteil von 6G Health ist, dass wir Mediziner von Anfang an mit im Boot sind und die Entwicklung von 6G aktiv mitgestalten können. Die Bundesregierung setzt alles daran, dass 6G in der Medizin in Deutschland erfolgreich wird“, freut sich Prof. Friedrich Köhler, Leiter des Arbeitsbereichs Kardiovaskuläre Telemedizin am Deutschen Herzzentrum der Charité (DHZC).
(Bild: DHZC)
Nachrichtentechniker und Mediziner sind bei 6G-Entwicklung in einem Boot
„In der Vergangenheit ist man immer umgekehrt vorgegangen, indem Techniker zuerst die Infrastruktur gebaut haben. Und wir Mediziner mussten dann schauen, was man mit der Netzwerktechnologie machen konnte. Für Nachrichtentechniker ist es prinzipiell egal, ob autonom fahrende Autos, Krankenhausbetten oder aber Patienten über 6G vernetzt werden. Für uns Kardiologen macht das aber einen Riesenunterschied.“ Die Kommunikation im Projekt gestalte sich mitunter entsprechend schwierig. „Wir sprechen sehr unterschiedliche Sprachen, lernen aber kontinuierlich voneinander. Dass die beiden Welten zusammenkommen, ist schon ein ganz großer Gewinn“, so Köhler.
Im Rahmen von 6G Health hat Köhler zusammen mit der Arbeitsgruppe von Prof. Katharina Schmitt aus der DHZC-Klinik für Angeborene Herzfehler einen extrem komplexen Anwendungsfall für 6G identifiziert. Das ist das häusliche Monitoring von Kindern mit einem Kunstherz, die auf eine Herztransplantation warten. „Kleine Kinder mit Herzunterstützungssystem müssen momentan während der Wartezeit auf ein Spenderorgan – das können mitunter Jahre sein – in der Klinik bleiben, da die Technik noch nicht für den häuslichen Bereich genehmigt ist. Die Idee ist nun, dass sie künftig zuhause bleiben können, weil wir ihren Gesundheitszustand mit Hilfe von 6G dauerhaft und lückenlos überwachen können“, sagt Köhler.
„Unser Plan ist, sehr viele Vitalparameter über Sensoren sowohl am Körper der Patienten als auch von den Kunstherzmaschinen kontinuierlich zu monitoren. Alle generierten Daten laufen dann in der Klinik für Angeborene Herzfehler zusammen, werden dort analysiert, um gegebenenfalls frühzeitig zu intervenieren“, erklärt Schmitt. „Ohne Künstliche Intelligenz funktioniert dies angesichts der übertragenen Datenmengen nicht. Denn aus dem riesigen Datenfluss muss die KI Muster erkennen, aus denen unsere Kinderkardiologen erkennen können, wann möglicherweise ein kritischer Zustand droht, idealerweise so frühzeitig, dass noch eine Verlegung ins Herzzentrum möglich ist.“
Erfahrungen mit 5G in der Telemedizin – Datenmenge erfordert künftig aber 6G
Der Arbeitsbereich Kardiovaskuläre Telemedizin hat bereits Erfahrungen mit 5G gesammelt. „Für die schiere Menge an Daten, die bei dieser neuen Anwendung zusammenkommt, brauchen wir aber ganz klar 6G“, so Köhler. Er stellt auch klar: „Das ist eine faszinierende Idee für die Zukunft. Wir sind aktuell noch weit entfernt von einer Lösung, doch wir müssen heute anfangen, die Zukunft zu denken. Dabei stehen wir nicht nur vor technischen, sondern vor allem vor regulatorischen Herausforderungen. Doch wenn es uns gelingt, im Rahmen von 6G Health ein prototypisches Konzept für eine solche Monitoring-Lösung zu entwickeln, und davon gehe ich fest aus, kann dies in der Folge auch für weniger komplexe Anwendungen runterskaliert werden.“ Das technische Pflichtenheft mit allen Meilensteinen hat Köhler bereits erstellt. Partner bei diesem Projekt ist Berlin Heart, Hersteller von Systemen für die mechanische Herzunterstützung.
Mehr Sensoren, mehr Netzwerkknoten – wird 6G auch mehr Energie benötigen? DFKI-Experte Lipps erteilt dem eine Absage: „Die Funkzellen werden bei 6G in kleinere Zellen aufgebrochen, sodass die Endgeräte weniger Energie verbrauchen werden.“ Das heißt, dass die Batterien für Sensoren und tragbare Geräte eine längere Laufleistung haben werden – ein Vorteil, der auch in einem weiteren Projekt an der Charité greifen wird.
Projekt 6G Health: ein Arbeitsbereich betrifft den kabellosen OP
Dabei geht es vordergründig um den kabellosen Operationssaal. Deshalb arbeiten die Beteiligten gemeinsam mit dem Emmendinger Medizintechnikhersteller Inomed im Rahmen von 6G Health daran, Funkschnittstellen in ein Monitoringsystem zu integrieren. Dieses soll während chirurgischer Eingriffe die neurophysiologischen Funktionen des zentralen und peripheren Nervensystems überwachen. „Doch dies ist nur ein Ausschnitt des Projekts“, sagt Prof. Sascha Treskatsch, Leiter der Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin an der Charité mit Schwerpunkt operative Intensivmedizin. „Letztlich geht es darum, die unterschiedlichsten und zahlreichen Biosignale im Operationssaal über 6G so zu vernetzen, dass die Daten zentral zusammengeführt und mit KI analysiert werden, sodass wir Anästhesisten künftig eine integrative Online-Unterstützung bei der Entscheidungsfindung während der Operation haben.“
Doch sieht Treskatsch die Anwendungsmöglichkeiten von 6G in der Klinik deutlich darüber hinaus gehen. „Das Tracking von Sterilgut für eine Operation wäre damit ebenso möglich wie das Tracking von Betten innerhalb der Klinik. Auch könnten wir die Mensch-Maschine-Interaktion verbessern, indem wir zum Beispiel Roboter für die Lagerung von Intensivpatienten über 6G fernsteuern könnten“, sagt er. Auch Operationen, die ausgewiesene Spezialisten remote durchführen, seien mit 6G dank der geringen Latenz möglich. „Und wenn wir Patienten nach einer Operation auf der Normalstation dank entsprechender Sensorik besser überwachen können als heute, erhöht das die Lebenserwartung der Patienten. Gerade in Ländern wie Deutschland mit einem steigenden Anteil älterer Menschen und gleichzeitigem Mangel an Fachpersonal in medizinischer Behandlung und Pflege können wir durch digitale Lösungen – und die ermöglicht 6G letztlich – deutlich effizienter werden.“
6G kann die Digitalisierung in der Medizin beschleunigen – aber nur zusammen mit Anwendern
„Wir können es uns langfristig nicht leisten, dass sehr gut qualifizierte Fachkräfte nach Geräten suchen, Patientendaten auf Papier dokumentieren oder an jedem Gerät den Namen des Patienten neu eingeben“, bestätigt auch Iccas-Experte Rockstroh. „6G kann als Beschleuniger für die Digitalisierung in der Medizin dienen, wenn wir es schaffen, frühzeitig auf die Anwender zuzugehen und wenn die Versprechen realistisch sind.“
Treskatsch geht noch einen Schritt weiter: „Wir müssen Gesundheit künftig weiterdenken. So lassen sich mit Hilfe von Wearables, 6G und KI künftig Vitalwerte von Menschen überwachen, bevor sie krank werden.“ Für solche Monitoring-Lösungen innerhalb und außerhalb des Krankenhauses muss seiner Meinung nach allerdings noch neue, nicht-invasive Sensorik entwickelt werden.
Eine große Herausforderung stellt für Treskatsch außerdem die noch fehlende sichere und vernetzte Daten- und Service-Infrastruktur dar. „US-Anbieter wie Apple, Amazon und Google könnten mit ihren Infrastrukturen europäischen Medizintechnikherstellern das Nachsehen geben“, befürchtet er. „Auf EU-Ebene sehe ich derzeit nur das Projekt Gaia-X-Med, das aber noch wenig bekannt ist.“ Gaia-X-Med will eine integrierte, aber dezentrale KI-Datenplattform schaffen, bei der die medizinischen Datenschutzanforderungen berücksichtigt werden und die Beteiligten ihre digitale Souveränität behalten.
(Bild: Ivan Matyash)
Datenschutz ist bei Remote Services eine Herausforderung
„Insbesondere beim Datenschutz herrscht bei den Anwendern oft große Unsicherheit in Bezug auf Remote Monitoring und Remote Service“, bestätigt Karin Somerlik-Fuchs, Leiterin Forschung bei Inomed. „Fragen sind hier: Wer ist an welcher Stelle für die Gewährleistung des Datenschutzes zuständig, wie kann dieser sichergestellt werden? Dann bezogen auf die drahtlose Verbindung, eben über jegliche Distanz: Wie kann diese zuverlässig und sicher gewährleistet werden? Wer trägt die Verantwortung – wer haftet? Müsste es vielleicht weltweit ein Vorrangsrecht für medizinische Daten geben?“
Ein weiteres Hindernis seien für 6G benötigte Komponenten, die nicht im Kerngebiet des Medizinprodukteherstellers liegen – also etwa die Funktechnologie: Laut Somerlik-Fuchs stellen sich für Inomed Fragen wie: Wie kann/muss diese zugelassen werden? Wer ist letztlich für deren Funktionalität verantwortlich? Wie muss getestet werden? Wie lange ist sie sicher verfügbar? Und schließlich sieht Somerlik-Fuchs organisatorische wie auch regulatorische Hürden, insbesondere wegen deren „Regionalität“: „Es ist nicht realistisch, nationale oder teilweise sogar Klinik-spezielle Sonderlösungen zu bieten, wir müssen eine globale Anwendbarkeit sicherstellen. Daran hakt es derzeitig gewaltig. National oder europaweit könnten wir mit einer SIM-Karte arbeiten, weil die Preise dafür realistisch in den Preisrahmen integrierbar sind. Sobald das Gerät aber auf einem anderen Kontinent steht, explodieren diese Kosten und sind nicht abbildbar – dadurch wird es auch keine entsprechende Entwicklung für den CE-Raum geben.“ So muss über 6G Health hinaus noch die ein oder andere Lösung angegangen werden.
Jan Petershans, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der RPTU, zeigt den Demonstrator, der aus zwei kollaborativen Roboterarmen besteht. Ein Roboterarm lässt sich durch die Führung des anderen von Menschenhand steuern(Bild: RPTU/Koziel)
Beispiel: Ferngesteuerte Robotik für den OP
Forscher der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) und des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) verbinden Ansätze aus der Robotik mit KI-Methoden unter Einsatz von 6G. Sie wollen so die Potenziale ferngesteuerter Robotik für Operationseinsätze aufzeigen und Anforderungen an KI und Kommunikationsnetze definieren. „Gerade bei derartig hochsensiblen Tätigkeiten wie ferngesteuerten Operationen gelten besonders hohe Anforderungen an Latenzzeiten. Steuerbefehle der operierenden Person müssen ohne jegliche Verzögerung am Behandlungsort ankommen“, erklärt Teamleiter Christoph Lipps. „Deswegen schreiben wir anhand des Testszenarios fest, was der künftige Mobilfunkstandard 6G in puncto Echtzeit-Steuerung erfüllen muss.“
Mit den Erkenntnissen aus dem Projekt wird das Team das Pflichtenheft für die Echtzeit-Fernsteuerung von Operationsrobotern befüllen. „Wir entwickeln keine Medizinprodukte“, betont Projektleiter Marc Ruffing. Er forscht am Lehrstuhl für Funkkommunikation und Navigation an der RPTU und im Forschungsbereich „Intelligente Netze“ am DFKI. „Vielmehr geht es uns darum, Anforderungen an 6G und an KI zu definieren, um die Technik in die Anwendung zu bringen – etwa in Form eines mobilen Operationssaals oder eingebaut in einen Krankenwagen.“
Die Forscher nutzen für ihre Arbeiten einen Demonstrator, der aus zwei kollaborativen Roboterarmen besteht und somit ein klassisches Setup darstellt: Ein Roboterarm lässt sich durch die Führung des anderen von Menschenhand steuern.
Das System ermöglicht ein virtuelles haptisches Feedback in Form von Forcefeedback, das der gesteuerte Roboterarm an den steuernden Roboterarm überträgt. Dadurch kann die steuernde Person spüren, was sie gerade tut. Die Kommunikation zwischen den beiden Robotern erfolgt über ein Netzwerk. Dabei sind keine großen Datenpakete unterwegs.
Konzept MD Comp: Vernetzung leicht gemacht
Der VDE hat mit „MD Comp“ ein neues Konzept entwickelt. Dieses soll Herstellern und Betreibern das Leben vereinfachen, wenn diese Medizinprodukte mit Nicht-Medizinprodukten in Systeme mit medizinischem Zweck integrieren wollen – und dabei die Sicherheit und Leistungsfähigkeit nachweislich garantieren müssen. Das Problem: Für Nicht-Medizingeräte wie Router gelten andere Sicherheitsanforderungen als für Medizingeräte. Daraus ergeben sich Risiken, die bei zunehmender Vernetzung umso mehr ins Gewicht fallen. „Es geht um elektrische Sicherheit, wenn Produkte in Patientennähe betrieben werden, oder um das Eindringen von Flüssigkeiten, denn Produkte im OP-Bereich müssen widerstandsfähig gegen Feuchtigkeit sein“, erklärt Hans C. Wenner, Senior Manager Regulatory Affairs beim VDE. „Was die elektromagnetische Verträglichkeit betrifft, so sind Grenzwerte einzuhalten, da EEG- oder Neuromonitoring-Systeme sehr empfindlich sind.“
MD Comp bietet eine strukturierte Herangehensweise, um die technischen Eigenschaften von Nicht-Medizinprodukten so zu qualifizieren, dass diese sich konform in medizinische Systeme integrieren lassen. Das Ziel der effizienten Integration ist zu erreichen, indem relevante Anforderungen an Medizinprodukte auf Nicht-Medizinprodukte angewendet werden, um diese als medizinproduktkonform zu qualifizieren. Zentral ist der Ansatz „Compliance-by-Design“: Ausgewählte regulatorische Anforderungen werden bereits in frühen Produktentwicklungsphasen berücksichtigt .
Im Rahmen von 6G Health arbeitet der VDE mit Partnern daran, das Konzept bis Ende 2024 exemplarisch auf die Entwicklung eines Nicht-Medizinprodukts anzuwenden.
MD Comp stellt der VDE zum kostenlosen Download zur Verfügung:
