Cost-Effectiveness of a Locally Manufactured 3D-Printed AI-Assisted Videolaryngoscope: A Model-Based Economic Evaluation

In Krankenhäusern auf der ganzen Welt gehört die Sicherung einer klaren Atemwege für einen Patienten, der nicht selbstständig atmen kann, zu den kritischsten und zeitkritischsten Aufgaben, denen ein medizinisches Team gegenübersteht. Dieses Verfahren, bekannt als orotracheale Intubation, beinhaltet das Einführen eines Beatmungsschlauchs durch den Rachen in die Luftröhre. Während Ärzte schon lange ein einfaches Metallblatt verwenden, um den Rachen einzusehen, hat sich ein fortschrittlicheres Werkzeug namens Videolaryngoskop als bevorzugter Standard an vielen Orten etabliert. Dieses Gerät nutzt eine winzige Kamera, um ein vergrößertes Bild der Stimmritze auf einen Bildschirm zu übertragen, was es wesentlich einfacher macht, die Stelle zu finden, an der der Schlauch eingeführt werden muss. Diese visuelle Hilfe erhöht die Chance signifikant, den Schlauch bereits beim ersten Versuch korrekt zu platzieren, was lebenswichtig ist, da wiederholte Versuche zu schwerwiegenden Komplikationen wie niedrigem Sauerstoffgehalt oder Verletzungen der Zähne führen können. Trotz dieser klaren Vorteile hat der hohe Preis dieser kamerabestückten Geräte viele öffentliche Krankenhäuser, insbesondere in Ländern mit knappen Ressourcen, außer Reichweite gehalten. Wenn teure Ausrüstung nicht verfügbar ist, sind Ärzte oft gezwungen, auf ältere, weniger effektive Methoden zurückzugreifen, was die Patienten allein deshalb einem größeren Risiko aussetzt, weil das System sich die besseren Werkzeuge nicht leisten kann.

Ein Forschungsteam in Brasilien setzte sich zum Ziel, dieses Problem zu lösen, indem es eine neue Art von Medizinprodukt entwickelte, das moderne Technologie mit lokaler Fertigung kombiniert. Sie entwarfen ein Videolaryngoskop, das mittels eines 3D-Druckers hergestellt wird – einem Prozess, bei dem Objekte Schicht für Schicht aus Kunststoff erzeugt werden – und das mit einem System aus künstlicher Intelligenz ausgestattet ist, das dem Arzt hilft, die Stimmritze in Echtzeit zu identifizieren. Anstatt teure Maschinen aus dem Ausland zu importieren, wollten sie dieses Gerät lokal zu einem Bruchteil der Kosten produzieren. Um zu prüfen, ob dieser Ansatz rentabel war, bauten die Forscher das Gerät nicht nur, sondern führten auch eine detaillierte Wirtschaftlichkeitssimulation durch, um es mit der besten derzeit auf dem Markt erhältlichen kommerziellen Option zu vergleichen. Ihr Ziel war es festzustellen, ob dieses lokal hergestellte, KI-gestützte Werkzeug genauso gut funktionieren könnte wie die teure importierte Version, während es gleichzeitig dem öffentlichen Gesundheitssystem erhebliche Kosten spart.

Die Studie konzentrierte sich auf die Perspektive des brasilianischen Einheitlichen Gesundheitssystems (Unified Health System), das Millionen von Menschen medizinische Versorgung bietet. Die Forscher entwickelten ein Computermodell, das tausende von Intubationsverfahren über einen Zeitraum von fünf Jahren simulierte. Sie speisten dieses Modell mit realen Daten, die aus einem Usability-Test mit sechzig Ärzten an High-Fidelity-Simulatoren gewonnen wurden, sowie mit Informationen aus der bestehenden medizinischen Fachliteratur. In diesen Simulationen wurde das lokal hergestellte Gerät, dessen Herstellung den Forschern 292 Brasilianische Reais kostete, gegen ein importiertes Goldstandard-Gerät getestet, das 10.000 Brasilianische Reais kostet. Das Modell verfolgte zwei Hauptaspekte: wie oft die Ärzte erfolgreich beim ersten Versuch den Schlauch platzierten und die Gesamtkosten, die dem Krankenhaus pro Verfahren entstanden, einschließlich des Preises des Geräts selbst und der potenziellen Kosten für die Behandlung von Komplikationen, falls das Verfahren fehlschlug.

Die Ergebnisse dieser Simulation waren beeindruckend. Das lokal hergestellte Gerät erwies sich als strikt dominante Strategie, ein Begriff, der bedeutet, dass es sowohl kostengünstiger als auch effektiver als die importierte Alternative war. Im Modell erreichte das neue Gerät eine perfekte Erfolgsquote von 100 Prozent beim ersten Versuch, während das teure importierte Gerät eine Erfolgsquote von 98,3 Prozent erreichte. Da das neue Gerät besser funktionierte, vermied es die Kosten, die mit Fehlversuchen verbunden waren, wie etwa zusätzliche Zeit auf der Intensivstation oder die Behandlung von Zahnverletzungen. Als die Forscher die erwarteten Gesamtkosten pro Patient berechneten, lag die lokal hergestellte Option bei 145,39 Brasilianischen Reais, verglichen mit 172,27 Brasilianischen Reais für das importierte Modell. Dies bedeutete, dass das Gesundheitssystem pro durchgeführtem Verfahren 26,87 Brasilianische Reais sparen würde und gleichzeitig die Sicherheit der Patienten erhöhte.

Um sicherzustellen, dass diese Ergebnisse nicht nur ein glücklicher Zufall waren, testeten die Forscher, wie standhaft die Ergebnisse blieben, wenn sie die Zahlen änderten, um Unsicherheiten abzubilden. Sie führten tausend verschiedene Simulationen durch, wobei sie die Materialkosten, die Lebensdauer der Ausrüstung und die Wahrscheinlichkeit von Komplikationen variierten. Selbst in den extremsten Szenarien – in denen die Kosten für die Herstellung des lokalen Geräts auf ihr höchstmögliches Limit getrieben wurden und die Leistung des importierten Geräts als wesentlich schlechter angenommen wurde – blieb das lokale Gerät die bessere Wahl. Das Computermodell zeigte, dass eine Wahrscheinlichkeit von nahezu einhundert Prozent bestand, dass das lokal hergestellte Gerät die kosteneffizienteste Option bleiben würde, unabhängig davon, wie sich die finanziellen oder klinischen Variablen verschoben. Diese Robustheit deutet darauf hin, dass die Einsparungen nicht fragil sind; sie sind in das fundamentale Design der Lösung eingebettet.

Die Forscher betonten, dass ihre Kostenschätzungen für das lokale Gerät auf den tatsächlichen Ausgaben für den Bau von Prototypen in einem akademischen Labor basierten, was bedeutet, dass sie nicht die Zusatzkosten enthielten, die durch eine industrielle Massenproduktion entstehen würden, wie etwa Gemeinkosten eines Unternehmens oder regulatorische Gebühren. Sie merkten jedoch an, dass der Preisunterschied zwischen den beiden Geräten so gewaltig ist, dass das lokale Gerät selbst dann wahrscheinlich die günstigere Option bliebe, wenn es in der Skalierung deutlich teurer in der Herstellung wäre. Die Studie hob auch hervor, dass die Komponente der künstlichen Intelligenz des Geräts hilft, die Leistung zu standardisieren, was potenziell weniger erfahrenen Ärzten ermöglicht, Ergebnisse ähnlich denen von Experten zu erzielen, was das Risiko von Fehlern weiter reduziert.

Diese Arbeit stellt einen bedeutenden Schritt dar, um fortschrittliche medizinische Technologie in ressourcenarmen Umgebungen zugänglich zu machen. Indem sie nachweisen, dass ein lokal produziertes, 3D-gedrucktes Gerät sowohl klinisch als auch wirtschaftlich ein teures Importprodukt übertreffen kann, bietet die Studie ein überzeugendes Argument für eine Änderung der Art und Weise, wie öffentliche Gesundheitssysteme lebensrettende Ausrüstung beschaffen. Die Ergebnisse legen nahe, dass das Vertrauen auf „Frugal Innovation“ – die Schaffung hochwertiger Lösungen mit begrenzten Ressourcen – den Kreislauf der Abhängigkeit von teuren Importen durchbrechen kann. Für das brasilianische Gesundheitssystem und potenziell auch für andere, die vor ähnlichen Herausforderungen stehen, bietet dieser Ansatz einen Weg zu einem sichereren Atemwegsmanagement ohne die Last prohibitiver Kosten. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Integration von additiver Fertigung mit Open-Source-Künstlicher Intelligenz nicht nur eine theoretische Möglichkeit, sondern eine praktische, ressourcensparende Strategie ist, die bereit für eine breitere Anwendung ist.