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Projekte des Fraunhofer IGD und IOSB Software zur Covid-19-Bekämpfung

Redakteur: Ira Zahorsky

Das Fraunhofer-Institut IGD und das Fraunhofer IOSB legen in neuen Softwareprojekten im Rahmen ihres Programmes „Fraunhofer vs. Corona“ das Hauptaugenmerk auf die Verbreitungs- und Ansteckungszusammenhänge von Covid-19.

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Die Mitarbeiter der Gesundheitsämter sind überlastet. Ein Projekt mehrerer Fraunhofer-Institute soll sie unterstützen.
Die Mitarbeiter der Gesundheitsämter sind überlastet. Ein Projekt mehrerer Fraunhofer-Institute soll sie unterstützen.
(Bild: Superingo-stock.adobe.com)

Das Programm „Fraunhofer vs. Corona“ geht in die nächste Phase. Mit „CorASiV“ und POCUS4Covid19 bietet das Fraunhofer IGD in Zusammenarbeit mit weiteren Instituten zwei neue Lösungen im Kampf gegen die Covid-19-Pandemie an.

Die Covid-19-Fallzahlen in Deutschland schnellen seit Kurzem wieder nach oben, viele Städte und Regionen wurden als Risikogebiet eingestuft. Die Gesundheitsämter sind seit Ausbruch des neuen Coronavirus mit einer Fülle von Daten konfrontiert, die sie eingeben, abgleichen, zusammenführen und wieder abrufen müssen, doch sie sind weder softwaretechnisch noch personell dafür aufgestellt. Das Gemeinschaftsprojekt „CorASiV“, an dem auch die Fraunhofer-Institute IAIS, IME, ITWM und MEVIS beteiligt sind, soll eine schnelle visuelle Aufbereitung der Daten von an Covid-19 Erkrankten und ihren Kontaktpersonen ermöglichen und den Gesundheitsämtern damit Technologien zur Verfügung stellen, die effektiv und umfassend die Krankheitsbewegungen im Einzugsgebiet des jeweiligen Amtsbezirks darstellen.

Eine visuelle Aufbereitung der Covid-19-Daten unterstützt Gesundheitsämter
Eine visuelle Aufbereitung der Covid-19-Daten unterstützt Gesundheitsämter
(Bild: Fraunhofer IGD – Tine Casper)

Die Technologien in „CorASiV“ bereiten die vom Gesundheitsamt eingegebenen Daten digital auf und visualisieren diese auf verschiedene Weisen. Dabei können nur Mitarbeitende des Gesundheitsamtes auf personenbezogene Daten zugreifen. Alle erfassten Personen werden mit ihrem Wohnort sowie ihrem aktuellen Infektionsstatus auf einer digitalen Karte angezeigt und das Gebiet des Gesundheitsamts nach möglichen örtlichen Zusammenhängen ausgewertet.

Mit einer zeitlich abhängigen Visualisierung des Infektionsgeschehens werden die Menschen identifiziert, die sich in ähnlichen Zeiträumen infiziert haben. Die Gesundheitsämter erhalten mit der Kartenvisualisierung per Tastendruck einen genaueren Überblick über die Infektionsausbreitung. Dies befähigt die Gesundheitsämter, die Infektionsprozesse besser kennenzulernen und ihre Maßnahmen zeitnah und gezielter darauf einzustellen.

„Forschungstechnisch hat das großes Potenzial – auch für weitere Projekte mit Gesundheitsämtern – und ist übertragbar auf andere Infektionskrankheiten“sagt Prof. Dr.-Ing. Jörn Kohlhammer, zuständig für Informationsvisualisierung und Visual Analytics am Fraunhofer IGD in Darmstadt. Denn neben SARS-CoV-2 zirkulieren auch weiterhin potenziell bedrohliche Viren unter der Bevölkerung. Eine Vision wäre, das System auf ganz Deutschland auszuweiten. Der Datenschutz ist gewährleistet, da die Daten das Netzwerk des jeweiligen Gesundheitsamtes nicht verlassen.

Intelligenter Lungenultraschall bei Covid-19

Mit Beginn der Corona-Pandemie wurde schnell der Ruf nach verlässlichen Diagnose-Tools für Ambulanz, Intensivstation und andere klinische Settings laut. Neben CT und Röntgen hat sich der Thorax-Ultraschall als geeignetes Instrument erwiesen, um eine virale Lungeninfektion ausgelöst durch SARS-CoV-2 zu diagnostizieren. Der Thorax-Ultraschall ist frei von Strahlung, beliebig oft wiederholbar und flexibel am Krankenbett einsetzbar – und daher vor allem als Point-of Care-Ultraschall (POCUS) interessant. In der Regel kommt nur der Schallkopf mit dem Patienten in Berührung, so dass sich das verwendete Gerät einfach desinfizieren lässt.

Der herkömmliche Ultraschall (U/S) beruht auf der rein visuellen Analyse eines dargestellten Bildes durch den Arzt. Allerdings sind U/S-Bilddaten der Lunge nicht ganz einfach zu beurteilen, und nicht jeder Untersucher ist speziell für den Lungenultraschall ausgebildet. Gerade in der Pandemie-Situation ist jedoch eine rasche und eindeutige Bewertung der U/S-Bilddaten unerlässlich.

POCUS4Covid19 ist eine Software, die es Ärzten erleichtern soll, bei ihren Patienten den Verlauf einer Covid-19-Erkrankung zu überwachen. Dafür entwickelt das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD eine Software weiter, die bereits vorhandene Scan-Line-Algorithmen für U/S-Bilddaten spezifiziert und so eine automatische Erkennung charakteristischer Indikatoren für Covid-19 ermöglicht.

Eine automatisierte Bildanalyse der Point-of-care-Ultraschallaufnahmen unterstützt bei Diagnose und Therapie von Covid19
Eine automatisierte Bildanalyse der Point-of-care-Ultraschallaufnahmen unterstützt bei Diagnose und Therapie von Covid19
(© Fraunhofer IGD)

Die Bilddaten lagern typischerweise auf den Ultraschallgeräten selbst. Das Fraunhofer IGD versieht dafür die eigene Software mit einer Schnittstelle, so dass Akteure über den Medical Data Space (MeDS) auf diese Bilddaten zugreifen können. Das Fraunhofer-Institut IOSB entwickelt einen Connector, damit die POCUS-Software an den MeDS angebunden werden kann. Diese Schnittstelle wird für zwei Typen von U/S-Bilddaten ­ausgelegt: „still images“ (U/S-Einzelbilder) und „cine images“ (U/S-Videostreams). Der Medical Data Space soll den sicheren Austausch von Gesundheitsdaten zwischen verschiedenen Akteuren wie Patient, Arzt, Klinik, Dienstleister und Hersteller gewährleisten. Die Verwendung der Daten soll nutzerfreundlich, transparent und datenschutzkonform gesteuert werden können. Moderne Algorithmen helfen bei der zielgerichteten Nutzung der Daten.

Die Fraunhofer-Gesellschaft unterstützt im Rahmen ihres Programmes „Fraunhofer vs. Corona“ die Gesundheitsämter bei der Aufgabe, die Coronakrise zu meistern. Die Gesundheitsämter stehen vor der Herausforderung, verfügbare Informationen über die Ausbreitung von Covid-19 nachzuverfolgen, bereitzustellen und dies mit weiteren Datenquellen zu analysieren. Um die Gesundheitsämter zu unterstützen, haben sich mehrere Fraunhofer-Institute zusammengetan. Das Konsortium bündelt so Kompetenzen aus der Medizin, Datenanalyse, Simulation und Visualisierung. iz

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