KI-Unterstützung in der Langzeitpflege

by | Jun 14, 2024

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Wider dem Fachkräftemangel in der Pflege mit KI? Das will das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik mit dem Projekt ViKI beweisen. Bereits im Sommer wird ein erster Prototyp in Einrichtungen der Caritas und der Johanniter erprobt.

Die stationäre Versorgung von Pflegebedürftigen Menschen wird die Gesundheitssysteme bereits in wenigen Jahren vor große Herausforderungen stellen. Und weil immer weniger Arbeitskräfte zur Verfügung stehen, könnte die KI es richten. Das wollen zumindest Forscher des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM mit ihrem Projekt ViKI beweisen. Die Abkürzung steht für Versorgungsintegrierte Künstliche Intelligenz im professionellen Pflegeprozess. Die KI soll Pflegefachkräfte so in die Lage versetzen, den individuellen Pflegebedarf zu ermitteln und dann geeignete Maßnahmen zu planen. Oberstes Ziel: ein effizienterer Einsatz der verbleibenden Fachkräfte.

Freiräume für pflegerische Tätigkeiten

Mit ViKI soll vor allem ein wissens- und datengetriebenes Assistenzsystem aufgebaut werden, das Pflegeprozesse in Zukunft professionell gestaltet. Die Partner, mit denen das ITWM dafür zusammenarbeitet, kommen aus der Pflegewissenschaft, der Praxis, Forschung und Industrie. Die dokumentierten Pflegemaßnahmen werden genutzt, um daraus Erfahrungswissen abzuleiten, dass anschließend in ähnlichen Situationen wiederverwendet werden kann.

„Unser Ziel für die Pflegepraxis ist es, eine effiziente Planung von fallspezifisch optimalen Pflegeleistungen auf der Grundlage von vorhandenem Experten- und Erfahrungswissen zu ermöglichen“, sagt der Leiter am Fraunhofer ITWM Dr. Alexander Scherrer. „Dafür verfolgen wir einen modellbasierten Ansatz und nutzen das vorhandene Fachwissen, digitalisieren es und machen es KI-nutzbar.”

Datenbasis schaffen

Wichtig ist zudem eine gute Datenbasis. Dafür wird jeder Pflegefall in ViKI pro mit umfangreicher und detaillierter Anamnese inklusive Risikomatrix erfasst, wobei zahlreiche Faktoren wie Bettlägerigkeit, Selbstversorgung, Übergewicht, Depression, Müdigkeit bei täglichen Aktivitäten, kognitive Beeinträchtigungen berücksichtigt werden. Das vom Fraunhofer ITWM entwickelte System schlägt dann – ausgehend von den Daten eines Pflegefalls und von digitalisiertem Pflegewissen – mittels Künstlicher Intelligenz geeignete Pflegemaßnahmen vor. Im ersten Schritt fokussieren sich die Forscher auf die Handlungsfelder „Mobilität“ und „Schmerz“.

Die Pflegekräfte können anschließend die vorgeschlagenen Maßnahmen anhand ihrer eigenen Erfahrung abwägen und umsetzen. Im Nachgang sollen sie die Maßnahmen auf ihre Wirksamkeit hin beurteilt und dem System zurückgespielt werden. Aus diesen Datenbeständen und praktischen Erfahrungswerten soll die KI dann wiederum lernen.  Ein erster Prototyp des Systems wird bereits diesen Sommer in den Pflegeeinrichtungen der Caritas und der Johanniter erprobt.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben durch das Programm „Miteinander durch Innovation – Interaktive Technologien für Gesundheit und Lebensqualität“. Zum Konsortium gehören das August-Wilhelm Scheer Institut für digitale Produkte und Prozesse gGmbH, Connext Communication GmbH, Johanniter Seniorenhäuser GmbH, Caritas Betriebsführungs- und Trägergesellschaft GmbH sowie der AOK-Bundesverband als assoziierter Partner. Das Deutsche Institut für angewandte Pflegeforschung e.V. koordiniert das Projekt.

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Gemüsekohl für die Gesundheit

Forscher des Leibniz-Instituts für Gemüse- und Zierpflanzenbau haben jene Kohlsorten identifiziert, die besonders wertvolle Pflanzenstoffe für den Menschen beinhalten. Wie die sich auf die Gesundheit auswirken, wird nun in einer Interventionsstudie untersucht.

Grün und vielfältig sollte sie sein, unsere Ernährung. Und einem Gemüse kommt dabei eine besondere Bedeutung zu: Gemüsekohl. Am Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) gibt es mit dem Projekt SharpGreens sogar ein eigenes Forschungsprojekt, das jetzt in die zweite Phase startet. Die wissenschaftliche Fragestellung: Wie beeinflusst eine vielfältige Ernährung reich an Gemüsekohl die Gesundheit? Die humane Interventionsstudie wird gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Freiburg umgesetzt. Erforscht werden sollen vor allem die Auswirkungen auf die Immunfunktionen und das Darmmikrobiom.
Der Interventionsstudie ist eine intensive erste Projektphase vorangegangen, für die am IGZ in den vergangenen 30 Jahre eine umfassende Analytikplattform für sekundäre Pflanzenstoffe und ihre Abbauprodukte entwickelt wurde. Im Fall des Gemüsekohls geht es um die sogenannten Glucosinolate, die beim Verzehr enzymatisch zu gesundheitsfördernden Abbauprodukten, den Isothiocyanaten, umgewandelt werden können. Diese Substanzen haben entzündungshemmende, antikanzerogene und antimikrobielle Eigenschaften. Bisher wurden mehr als 100 verschiedene Glucosinolate in Pflanzen identifiziert, wobei die Wirksamkeit ihrer Abbauprodukte stark variieren kann.
Über 300 Kohlsorten kultiviert
Im Rahmen des Projekts SharpGreens kultivierte das Team von Projektleiterin Dr. Katja Witzel im letzten Jahr 300 Genbank- und 17 kommerzielle Kohlsorten am IGZ und analysierte die Glucosinolat-Gehalte und Abbauprodukte. Dabei wurden 24 Kohlsorten mit verbesserten Glucosinolat-Gehalten und gewünschten -Abbauprofilen identifiziert. Diese stammen aus verschiedenen Regionen, darunter Kohlrabi aus der ehemaligen DDR, Blumenkohl-Sorten aus Italien, Weißkohl aus Japan und Spanien, Grünkohl aus Schweden und bulgarischer Rotkohl. Zur weiteren Aufklärung des enzymatischen Glucosinolat-Abbaus wurde das Proteom aller Kohlsorten am IGZ analysiert und ergänzend dazu eine genomweite Assoziationsstudie vom Projektpartner Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) durchgeführt.
In der nun gestarteten zweiten Projektphase werden die ausgewählten Kohlsorten in der Interventionsstudie am Universitätsklinikum Freiburg unter der Leitung von Prof. Dr. Evelyn Lamy eingesetzt. Es wird untersucht, ob der Verzehr einer vielfältigeren Gemüsekohl-Diät die Gesundheit beeinflusst und ob diese Effekte auf den hohen Gehalt an gesundheitsfördernden Inhaltsstoffen oder die Pflanzenvielfalt zurückzuführen sind. Die Probanden erhalten dafür in einem randomisierten Crossover-Versuch vier verschiedene Gemüsekohl-Diäten, die aus gefriergetrockneten Kohlpflanzen am IGZ hergestellt werden und definierte Mengen an bioaktiven Substanzen enthalten. Außerdem wird der Einfluss der Vielfalt an Gemüsekohl in der Ernährung auf die Zusammensetzung des Darmmikrobioms untersucht.
Bewusstsein für Vielfalt fördern
Die Forschungsergebnisse sollen anschließend über verschiedene Formate wie Kochevents, Feldführungen und Ausstellungen an die Öffentlichkeit kommuniziert werden. Ziel ist es, das Bewusstsein für den Erhalt der Artenvielfalt in der Landwirtschafft sowie eine vielfältige pflanzenbasierte Ernährung zu fördern. Unterstützt werden die Forscher dabei von proWissen Potsdam e.V. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert SharpGreens im Rahmen der Forschungsinitiative zum Erhalt der Artenvielfalt (FEdA) und der Richtlinie zur Erforschung der Zusammenhänge zwischen Biodiversität und menschlicher Gesundheit (BiodivGesundheit2) mit 1,1 Millionen Euro für einen Zeitraum von drei Jahren.

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