Vom Chatbot zur Genomsequenzierung: Das Universitätsklinikum Freiburg auf dem Weg zum KI-nikum

Moderne Medizin braucht Spitzentechnologie

Das Universitätsklinikum Freiburg (UKF) gehört zu den renommiertesten Krankenhäusern Deutschlands. Mit rund 15.000 Mitarbeitenden, über 2.000 Betten und mehr als 800.000 ambulanten Patientenkontakten pro Jahr ist es der einzige "Maximalversorger" für zwei Millionen Menschen in der Region. Bekannt ist die Klinik vor allem für ihre Expertise in der Behandlung von Leukämie, Schlaganfällen und Lungentumoren, Bereiche, in denen Patientinnen und Patienten aus ganz Deutschland nach Freiburg kommen.

Doch Spitzenmedizin auf diesem Niveau auch in Zukunft zu liefern, wird immer schwieriger. Die Bevölkerung altert, die Liegezeiten werden länger. Gleichzeitig verschärft sich der Fachkräftemangel: In keiner Branche fehlt so viel qualifiziertes Personal wie in der Pflege, und die Mitarbeitenden, die da sind, verbringen etwa ein Drittel ihrer Zeit mit Dokumentation statt mit Patientinnen und Patienten. „Wir sind in einem demografischen Wandel und wir brauchen Technologien, die uns an dieser Stelle unterstützen", sagt Dr. Lennart Jahnke, Chief Digital Officer des Universitätsklinikums Freiburg. „Vieles in der modernen Medizin wäre überhaupt nicht möglich, wenn wir nicht digitale Methoden anwenden würden."

Spitzenmedizin unter Druck

Die IT-Landschaft des Universitätsklinikums ist über Jahrzehnte gewachsen. Einige Systeme laufen seit zehn, manche seit zwanzig Jahren. Das funktionierte lange gut, aber die Anforderungen ändern sich schneller als je zuvor.

Neben dem demografischen Wandel betrifft das vor allem die Dokumentationslast. „Wir haben einen sehr hohen Dokumentationsaufwand in den Kliniken, der auch richtig und wichtig ist", erklärt Jahnke. „Aber KI kann genau an dieser Stelle sehr viel helfen, den Dokumentationsaufwand zu verringern, sodass unser medizinisches Personal wieder mehr Zeit hat, mit den Patientinnen und Patienten zu interagieren."

Hinzu kommen wachsende Anforderungen an die IT, beispielsweise für digitale Pathologie, Bildverarbeitung, Datenintegration und am Horizont zeichnen sich noch größere Herausforderungen ab, wie die Integration von Genomsequenzierung in die Regelversorgung der Krankenkassen. Die Analyse des gesamten Erbguts ermöglicht individuell zugeschnittene Therapien, besonders in der Onkologie und bei seltenen Erkrankungen. Doch der Aufwand ist enorm, eine einzige Sequenzierung erzeugt Gigabytes an Rohdaten, die in kürzester Zeit verarbeitet werden müssen – Rechenkapazitäten, die klassische Krankenhaus-IT nicht bereitstellen kann.

Spitzenmedizin braucht Spitzentechnologie

Die Entscheidung für Google Cloud war keine aus der Not geborene, sondern eine strategische. Die Klinikleitung stellte sich eine grundsätzliche Frage: Wollen wir selbst zum IT-Infrastruktur-Anbieter werden oder wollen wir Spitzenmedizin mit Spitzentechnologie verbinden? Im Kern ging es bei der Entscheidung um Technologieführerschaft und den Zugang zu Innovationen, die ein einzelnes Krankenhaus niemals selbst entwickeln könnte.

Die ersten gemeinsamen Projekte begannen pragmatisch dort, wo der Bedarf am größten war.

1. Radiologie: Intelligente Assistenz für die präzise Diagnostik

Um die steigende Datenflut in der Radiologie zu bewältigen, setzt das Universitätsklinikum Freiburg auf eine eigens entwickelte KI-Lösung. Sie fungiert als intelligenter Assistent, der weit mehr leistet als herkömmliche Bildanalyse-Tools.

Das System verbindet die Auswertung von radiologischen Befunden direkt mit den Daten des Krankenhausinformationssystems. Basierend auf Gemini 2.5 Flash filtert die Software relevante Vorbefunde, Laborwerte und Notizen heraus. Daraus erstellt das System automatisch eine sogenannte Synopse – also eine übersichtliche, gebündelte Zusammenfassung aller wichtigen Patienteninformationen. So hat das medizinische Personal sofort das komplette Gesamtbild vor Augen, das für die aktuelle Fragestellung benötigt wird, ohne sich mühsam durch einzelne Akten wühlen zu müssen.

Der entscheidende Mehrwert:

• Kontext schafft Präzision: Die KI erleichtert das Erfassen komplexer Krankheitsgeschichten. So werden Vorerkrankungen durch den Arzt sofort berücksichtigt und das Erstellen der Synopse präziser und vollständiger als zuvor.
• Massive Zeitersparnis: Zeitraubende Suchprozesse in der Dokumentation entfallen, wodurch mehr Zeit für die finale ärztliche Bewertung bleibt.
• Datenschutz und Souveränität: Da die Verarbeitung mittels Zero Data Retention mit Gemini in einer europäischen Cloud-Umgebung erfolgt, verlassen hochsensible Patientendaten niemals einen geschützten Raum. Die Nutzung modernster KI und strengster europäischer Datenschutz (DSGVO) sind hier kein Widerspruch, sondern die Basis für das Vertrauen der Patientinnen und Patienten.

2. Innovative KI-Plattform für die Medizin

Das Universitätsklinikum Freiburg stellt seinen Ärztinnen und Ärzten eine eigene Plattform zur Verfügung, die einen hybriden Weg geht: Während Google Gemini für komplexe, allgemeine Analysen genutzt wird, findet die Speicherung hochsensibler Patientendaten ausschließlich am Universitätsklinikum und in einer souveränen Cloud-Umgebung statt.

Ein zentraler Anwendungsfall ist die automatisierte Zusammenfassung von Patientenhistorien. Durch diese strikte architektonische Trennung stellt das Klinikum sicher, dass sensible Daten die souveräne Infrastruktur zu keinem Zeitpunkt verlassen. So kombiniert das UKF die volle digitale Kontrolle mit der Innovationskraft modernster KI-Modelle.

3. Chatbot für Patientenanfragen

Die Verwaltung des Klinikums war mit Routineanfragen überlastet: Fragen zu Besuchszeiten, zur Anfahrt, was Patientinnen und Patienten zu einer Behandlung mitbringen müssen, etc. All dies führte zu Anfragen, die das Telefon blockieren, aber nicht zwingend eine menschliche Beratung erfordern. Die Lösung ist ein KI-gestützter Chatbot auf der Klinik-Website, basierend auf Gemini und BigQuery als Cloud-Datenbank, der die häufigsten Fragen automatisch beantwortet. Kann er eine Anfrage nicht beantworten – oder werden Fragen mit medizinischem Kontext gestellt - wird sie im “Human Hand-off” an die zuständige Sachbearbeitung weitergeleitet.

Projekt für Projekt wuchs das Vertrauen in die Technologie, in die Zusammenarbeit mit Google Cloud und in die eigene Fähigkeit, Cloud-Lösungen sicher und effektiv einzusetzen. Genau dieses Vertrauen brauchte es für den nächsten Schritt.

Projekt "Modellvorhaben 64e": Genommedizin aus der Cloud

Mit den positiven Erfahrungen im Rücken wagte das Universitätsklinikum den nächsten Schritt: Cloud-unterstützte Genommedizin.

„Die Genomsequenzierung ermöglicht uns wirklich, das gesamte Erbgut des Menschen anzuschauen, um für den individuellen Patienten eine Therapie zu finden", erklärt Prof. Dr. Dr. Melanie Börries, Leiterin des Instituts für Medizinische Bioinformatik und Systemmedizin am Universitätsklinikum Freiburg.

Die Initialzündung für die Genommedizin in Deutschland erfolgte 2021 mit einem Beschluss des Bundestages. Mit dem Gesetz zur Weiterentwicklung der Gesundheitsversorgung 2021 wurde im § 64e SGB V ein bundesweites Modellvorhaben zur Genomsequenzierung bei seltenen und onkologischen Erkrankungen geschaffen, das ausgewählten Krankenhäusern die Durchführung und Abrechnung komplexer Genomanalysen im Rahmen strukturierter Versorgung ermöglicht und die Grundlage für eine mögliche spätere Überführung in die Regelversorgung bildet. Für das Universitätsklinikum Freiburg bedeutet das völlig neue Anforderungen. Bereits in der Anfangsphase rechnet das Klinikum mit etwa 300 Terabyte Daten pro Jahr. In den fünf Jahren Projektlaufzeit wird das Prognosen zufolge auf bis zu 1.500 Terabyte pro Jahr anwachsen.

Und das betrifft nur die Speicherung der Daten. Genomsequenzierung ist außerdem ein typisches High-Performance-Computing-Szenario: Auf einen Schlag wird extrem viel Rechenkapazität benötigt, die danach brach liegt. Für solche Szenarien sind die Rechenzentren der Krankenhäuser nicht ausgelegt. Die Lösung ist ein hybrider Ansatz, der das Beste aus beiden Welten miteinander verbindet – das eigene Rechenzentrum mit einem skalierbaren Kubernetes-Cluster mit der Google Kubernetes Engine (GKE). „In dem Moment, wenn die lokale Rechenkapazität ausgeschöpft ist, lege ich den Schalter um und gehe in die Cloud-Struktur", beschreibt Prof. Dr. Dr. Melanie Börries den Prozess. Das Klinikum zahlt nur für das, was es tatsächlich braucht.

Entscheidend ist dabei die Datensouveränität, denn Genomdaten gehören zu den sensibelsten Informationen überhaupt. „Nicht nur, dass wir in einer datenschutzkonformen Cloud-Struktur mit der Sovereign Cloud arbeiten – unsere Daten sind auch noch zusätzlich mit externen Schlüssel außerhalb der Google Cloud verschlüsselt", betont Prof. Dr. Dr. Melanie Börries. „Damit können wir jederzeit gewährleisten, dass wir mit den hochsensiblen Daten verantwortungsvoll in einem sicheren Bereich arbeiten."

Der Impact: Von der Qualitätssicherung zur Qualität in Echtzeit

Die eigentliche Transformation ist weniger technisch als kulturell. Bisher funktioniert Qualitätssicherung in Krankenhäusern retrospektiv. Eine Behandlung findet statt, dann wird darüber berichtet, der Bericht wird qualitätsgesichert und die Erkenntnisse fließen in die Behandlung künftiger Patientinnen und Patienten ein.

„Unser eigentliches Ziel ist Qualität in Echtzeit", sagt Jahnke. „Das bedeutet, dass wir unmittelbar bei der Behandlung schon die Qualitätssicherung mit einbauen – per Sensorik, per direkter Datenauswertung. Damit Patientinnen und Patienten, die jetzt behandelt werden, von der Qualitätssicherung profitieren und nicht erst die, die in einem halben Jahr kommen."

Dazu braucht es Technologie, die in Echtzeit große Datenmengen verarbeiten kann. Die Ärztinnen und Ärzte können heute nicht mehr verstehen, warum eine Google-Suche Millisekunden dauert, die Suche in der elektronischen Patientenakte aber deutlich länger. Mit der souveränen Cloud-Infrastruktur wird dieser Anspruch einlösbar.

Warum Stillstand keine Option ist

Das Universitätsklinikum Freiburg hat eine klare Haltung zur Digitalisierung: Sie ist kein Selbstzweck, aber auch kein ‘Nice-to-have’. Sie ist notwendig, um in einem unterfinanzierten, stark regulierten Umfeld weiterhin Spitzenmedizin zu liefern.

Im Gesundheitswesen ist das Schlimmste, nichts zu tun. Technologie kann ein Teil der Lösung sein und Ärztinnen und Ärzte bei der Dokumentation entlasten, damit sie mehr Zeit für Patientinnen und Patienten haben. Administrative Routinen automatisieren. Und medizinische Erkenntnisse schneller in die Praxis bringen.

„Ohne Cloud wird ein Krankenhaus wahrscheinlich in fünf bis zehn Jahren nicht mehr funktionieren", sagt Dr. Lennart Jahnke. „Die Uniklinik Freiburg hat eine neue Art, mit digitalen Technologien unsere Patientinnen und Patienten und unsere Mitarbeitenden zu unterstützen."