Computer erkennt Tumore

Künstliche Intelligenz könnte die Radiologie revolutionieren

In Zukunft ist es vielleicht möglich mithilfe von Algorithmen Tumore zu diagnostizieren Wie der Computer dem Arzt bei der Suche nach Tumoren unterstützt, den Mediziner aber nicht ersetzen kann.
15.01.2020, 21:53
Lesedauer: 5 Min
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Künstliche Intelligenz könnte die Radiologie revolutionieren
Von Jean-Pierre Fellmer
Künstliche Intelligenz könnte die Radiologie revolutionieren

Vielleicht ist es in Zukunft möglich, dass künstliche Intelligenz Bilder aus dem inneren des Körpers bewerten kann und dadurch Krankheiten findet.

Kittipong Jirasukhanont/123RF

Ein Leiden, versteckt im Inneren des Körpers. Wer es finden will, muss ihn aufschneiden. So war das bis Ende des 19. Jahrhunderts. Dann machte ein deutscher Physiker eine Entdeckung, für die er 1901 den ersten Nobelpreis der Physik erhielt. Aber viel wichtiger: Es war eine Entdeckung, mit der seither unzählige Menschenleben gerettet wurden und es immer noch werden. Wilhelm Conrad Röntgen revolutionierte mit den nach ihm benannten Röntgenstrahlen die Medizin.

Seit dieser Entdeckung ist in der Medizin einiges passiert: Die Radiologie hat sich als eigenständiges Teilgebiet ausgebildet, neben Röntgenaufnahmen gibt es neue Bildgebungsverfahren. Nun werden Stimmen laut, die die nächste diagnostische Revolution ankündigen: Künstliche Intelligenz (KI), die die Bilder aus dem Inneren des Körpers bewerten kann und Krankheiten findet – angeblich sogar besser als manch geschulter Radiologe. Was bedeutet die neue Technik für die Medizin?

Für Aufsehen sorgte ein Artikel in der Fachzeitschrift Nature, der Neujahr veröffentlicht wurde: Einer KI sei es gelungen, Aufnahmen aus Brustkrebs-Vorsorgeuntersuchungen besser zu deuten, als Radiologen es taten. Die Befunde seien seltener falsch-negativ oder falsch-positiv gewesen. Heißt: weniger Fehlalarme, mehr erkannte Tumore.

Die Möglichkeiten, die sich durch den Einsatz von KI ergeben könnten, hatte Michael Forsting schon 2018 in einem Essay skizziert. Der Direktor des Instituts für diagnostische und interventionelle Radiologie und Neuroradiologie an der Uniklinik Essen spricht von einem Gewinn: "Ein Vorteil des Computers ist, dass er nicht müde wird und Routinearbeiten sehr zuverlässig durchführen kann.“

Er könne außerdem umgehend einen Befund liefern, ein vielbeschäftigter Radiologe komme manchmal erst nach mehreren Stunden dazu. Zudem könnte bei einem Standardverfahren wie der Brustkrebsvorsorge statt des Vier-Augen-Prinzips mit zwei Radiologen ein Zwei-Augen-Plus-KI-Prinzip greifen.

Die naheliegende Frage, die sich ergibt: Müssen Radiologen um ihre Arbeit fürchten? Arne-Jörn Lemke sieht diese Gefahr nicht. Lemke ist Direktor des Zentrums für Radiologie beim Bremer Klinikverbund Gesundheit Nord (Geno). An der Charité, an der er ein Labor zur Erforschung und Weiterentwicklung der Bildverarbeitung in der Computertomographie (CT) aufgebaut und geleitet hat, lehrt er auch als Professor. Er hält es nicht für realistisch, dass in absehbarer Zeit die Befundung von Krankheiten automatisch durch KI geschehen könne. Dafür gebe es zu viele Hürden und ungeklärte Fragen.

Der Fortschritt hat die Radiologie bereits in den vergangenen Jahrzehnten stark verändert. Bei Röntgenaufnahmen wird der gesamte dreidimensionale Körper – im Beispiel eines Brustkorbs – mittels Strahlen durchleuchtet und in einem zweidimensionalen Bild dargestellt. Ein Röntgenbild zeigt so Rippen, die Lunge und die Wirbelsäule in einer Aufnahme, obwohl sie in unterschiedlicher Tiefe im Körper liegen. In den 70er-Jahren folgte die Computertomografie.

Durch sie lässt sich eine Ebene eines Körpers ohne Überlagerung darstellen – vergleichbar mit einer Baumscheibe. Bei einer Computertomographie werden dann je nach Bedarf bis zu mehrere Hundert dieser Schnittbilder per Röntgenstrahlen gemacht. Am Computer kann man aus den Schnittbildern 3D-Modelle erzeugen, wodurch eine bessere Visualisierung des Körpers möglich wird. Der Arzt kann sich dann virtuell im Körper umschauen.

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Tatsächlich werden Algorithmen und KI auch heute schon in Bremen in der Diagnostik eingesetzt, sagt Lemke. Im Klinikum Bremen-Ost passiere das häufig, dort befindet sich das Lungenzentrum. Ein Beispiel: Befindet sich auf einem CT-Bild ein Kreis, muss der Arzt sich die Umgebung anschauen. Ist das möglicherweise ein Tumor oder doch nur ein gesundes Gefäß wie eine Ader, die an diese Stelle gehört? Diese Arbeit kann ein Computer mittlerweile zuverlässig übernehmen, Computerassistierte Detektion (CAD) heißt das.

Die Bilder werden durch ein Computersystem geschickt, die Maschine markiert auffällige Stellen und filtert gewöhnliche Organe. Die Technik erleichtere die Arbeit, sagt Lemke. Damit der Algorithmus dies bewerkstelligen kann, muss er mit validen Daten trainiert werden. Die Geno tut dies etwa bei einem gemeinsamen Projekt mit dem bremischen Medizinunternehmen Mevis, indem sie anonymisierte Patientendaten und Patientenbilder verwenden.

Laut Forsting könnte der Radiologe sich mithilfe des Computers auf einen „der häufigsten Fehler der Radiologie“, der „Satisfaction of search“ widmen. Es besteht Forsting zufolge die Gefahr, dass ein Radiologe beim Zählen von möglichen Auffälligkeiten andere Gefahren übersieht. Auch Lemke kennt das Phänomen, es sei in der Radiologie weit verbreitet. Allerdings sei eine KI vor einer derartigen Betriebsblindheit ebenso nicht geschützt. Bringe man einer KI das Erkennen nur einer bestimmten Krankheit bei, ignoriere sie alle anderen. „Die Detektion ist einfach“, sagt Lemke. Radiologen würden sich nicht nur Bilder anschauen, sondern auch weitere Patientendaten und die Krankengeschichte bei der Diagnose einbeziehen. „Das ist ein komplexer Vorgang.“

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In seinem Essay unterscheidet Forsting zwischen CAD und KI. Die Künstliche Intelligenz könne noch weitere Bilddaten in die Bewertung einfließen lassen, aber auch Labordaten wie Blutwerte oder genetische Informationen. Es gebe schon Algorithmen, die schon dutzende Krankheitsbilder gleichzeitig erkennen. Ob Künstliche Intelligenz in der Medizin später von allein neue Krankheitsbilder erkennen könne, wisse Lemke nicht. Die Daten müssten jedoch erhoben werden und in geeigneter Weise vorliegen.

Eine weitere Frage ist die der Haftung: Der Arzt stellt die Diagnose und verantwortet diese. Bei einer KI ist es im Zweifelsfall nicht klar, wie diese einen Befund erstellt hat. Dazu kommt eine ethische Dimension: Lemke weist auf Dilemmata hin, die die Künstliche Intelligenz etwa beim autonomen Fahren mit sich bringt. Ein Gedankenspiel: Ein Auto fährt die Straße entlang, ein Passant läuft auf die Straße. Soll die KI den Wagen ablenken und im Zweifelsfall die Insassen gefährden oder den Kurs beibehalten und den Passanten überfahren? Moralische Fragen, auf die es keine einfachen Antworten gibt. „Wollen wir, dass die Maschine das letzte Wort hat?“, fragt Lemke.

Trotz der Skepsis gegenüber der automatischen Befundung, begrüßt Lemke die neue Technologie. Arbeitslos werde sie die Radiologen auch aus anderen Gründen nicht machen: Die Einsatzgebiete haben sich erweitert, Radiologen nehmen mittlerweile selbst kleinere Eingriffe vor – interventionelle Radiologie nennt sich das. Und zu den ethischen und juristischen Fragen kommen auch betriebswirtschaftliche: Eine kleine Radiologiepraxis könne sich im Zweifelsfall ein teures System nicht leisten, sagt Lemke.

Abgesehen davon hake es im Gesundheitswesen noch an ganz anderen Stellen. Noch werden in den Kliniken der Geno etwa täglich Röntgenbilder auf CD gebrannt und später wieder eingelesen – bis zu 200 am Tag. „Das kostet Zeit“, sagt Lemke. Welchen Teil die Künstliche Intelligenz zum Fortschritt beitragen wird, darüber sind Experten uneins. Weil es nicht nur eine technische, sondern eben auch eine juristische und ethische Frage bedeutet. Und eine finanzielle. Wilhelm Conrad Röntgen hatte seine Entdeckung übrigens nicht patentiert und sie kostenlos verfügbar gemacht – damit sie schnell zum Wohle der Menschen eingesetzt werden konnte.

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