Freitag, 26. April 2019
Navigation öffnen
Anzeige:
Fachinformation

Medizin

21. März 2019 Diagnostik in Zusammenarbeit mit Künstlicher Intelligenz

Angenommen, eine Software stellt die Diagnose einer schweren Krankheit wie beispielsweise Krebs, ohne die Entscheidung näher zu erklären. Vertrauen Menschen in dieser Situation dem Urteilsvermögen einer Maschine? „Maschinelle Lernverfahren helfen bei der Diagnose. Sind ihre Entscheidungen jedoch nicht nachvollziehbar für Ärzte und Patienten, sind die Ergebnisse mit Vorsicht zu genießen und dürfen in vielen sicherheitskritischen Kontexten wie der Medizin auch nicht verwendet werden“, sagt Dr. Ute Schmid, Professorin für Angewandte Informatik, insbesondere Kognitive Systeme, an der Universität Bamberg. Seit September 2018 beteiligt sich ihre Forschergruppe an einem interdisziplinären und institutionsübergreifenden Projekt, das automatisierte Diagnosen anhand einiger Beispiele transparent machen soll.
Anzeige:
Der „Transparente Begleiter für Medizinische Anwendungen“ besteht aus 2 Prototypen: Ein Modell erkennt auf Videos Schmerz von Patienten, die ihr Empfinden selbst nicht mitteilen können, und erklärt die Einordnung. Ein weiterer Prototyp, der gerade entsteht, diagnostiziert nachvollziehbar Darmkrebs auf Basis von Bilddaten aus der Mikroskopie.

System lernt, Symptome zu erkennen und Diagnosen zu erklären

Damit die Software sowohl eine Krankheit erkennen als auch die Entscheidung begründen kann, kombiniert das Forscherteam unterschiedliche informatische Methoden miteinander. Mithilfe von tiefen neuronalen Netzen („Deep Learning“) können große Mengen an Bildern klassifiziert werden. Allerdings geben solche Verfahren keine Auskunft darüber, wie sie zu der Entscheidung gelangt sind. Weitere Verfahren sehen in das tiefe neuronale Netz hinein und machen entscheidende Merkmale für den Menschen greifbar. Sie heben in den Bildern zum Beispiel auffällige Stellen in dem betroffenen Darmgewebe hervor oder erklären durch Texte, warum ein bestimmter Ausschnitt der Gewebestruktur unter dem Mikroskop als krankhaft klassifiziert wurde.

An der Entwicklung des „Transparenten Begleiters für Medizinische Anwendungen“ sind verschiedene Forschergruppen beteiligt. Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS aus Erlangen und das Fraunhofer Heinrich-Hertz Institut HHI aus Berlin erstellen ein Software-Programm mithilfe von „Deep Learning“-Verfahren. Für die jeweiligen Anwendungsfälle wird die Expertise des Pathologischen Instituts der Universität Erlangen unter Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Arndt Hartmann sowie die Expertise der Professur für Physiologische Psychologie Bamberg, geleitet durch den Schmerzforscher Prof. Dr. Stefan Lautenbacher, einbezogen. „Das Forschungsprojekt erfordert Wissen auf unterschiedlichen Gebieten“, schildert PD Dr.-Ing. Thomas Wittenberg vom Fraunhofer IIS, der das Gesamtprojekt koordiniert. „Dank der interdisziplinären Zusammenarbeit ist es uns möglich, Begleiter für verschiedene medizinische Experten zu entwickeln, die wichtige Kriterien wie Transparenz und Erklärbarkeit erfüllen und dabei gute Diagnose-Ergebnisse liefern.“

Transparente Begleiter unterstützen medizinische Arbeit

Hauptaufgabe des Bamberger Teams ist es, diejenige Komponente zu programmieren, die die Entscheidung der tiefen neuronalen Netze verständlich erklärt. Die Forschenden nutzen insbesondere eine „Induktive Logische Programmierung“. Ihr Ziel ist, dass das System beispielsweise nicht nur meldet, eine Person empfinde Schmerzen. Zusätzlich zeigt es auf einem Monitor an, warum es zu dieser Einschätzung kommt. Ein Text führt die Gründe auf: Die Augenbrauen der Person sind gesenkt, die Wangen erhöht, die Augenlider zusammengezogen. Auf dem Bild werden die Gesichtspartien, die für die Entscheidung ausschlaggebend waren, durch Einfärbungen und Pfeile markiert. Das System schätzt auch ab, wie sicher es sich mit der Diagnose ist.

Verantwortung verbleibt beim Arzt

„Die behandelnden Mediziner entscheiden, ob sie die Einschätzung teilen“, sagt Bettina Finzel, wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Universität Bamberg. „Sie können die Algorithmen beeinflussen, indem sie Ergänzungen und Korrekturen im System vornehmen. Dadurch lernt die Software ständig dazu und bezieht das wertvolle Wissen der Experten mit ein.“ Letztlich bleibt die Verantwortung beim Menschen, der von den Transparenten Begleitern unterstützt, nicht ersetzt wird. Außerdem könnten Mediziner mithilfe der Transparenten Begleiter in Zukunft aus- und weitergebildet werden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt bis August 2021 mit insgesamt 1,3 Millionen Euro. Davon gehen rund 290.000 Euro an die Universität Bamberg.

Quelle: Otto-Friedrich-Universität Bamberg


Das könnte Sie auch interessieren

Biologie der Tumore besser verstehen, Fortschritte auch bei eher seltenen Krebserkrankungen

Fortschritte wurden in den vergangenen Jahren vor allem beim Brustkrebs, Darm- und Lungenkrebs und insbesondere bei den Lymphomen gemacht. Nun richtet sich das Augenmerk der Forscher verstärkt auf seltenere Tumore. Auch bei diesen mehren sich Berichte über Therapiefortschritte. Ein Paradebeispiel ist das maligne Melanom, der schwarze Hautkrebs. Das wurde bei dem diesjährigen weltgrößten Krebskongress in Chicago, dem ASCO, deutlich. "Wir stehen damit vor einer...

Armutsfalle Krebs: Sozialberatung muss verbessert werden

Armutsfalle Krebs: Sozialberatung muss verbessert werden
© WavebreakmediaMicro / Fotolia.com

Am 8. März ist Weltfrauentag. Seit mehr als 100 Jahren prangern Frauen in aller Welt an diesem Tag Missstände an und streiten für ihre Rechte. Die Frauenselbsthilfe nach Krebs, kurz FSH, und die Stiftung Deutsche Krebshilfe verleihen an diesem Tag den Frauen, die an Krebs erkrankt sind, eine Stimme. Denn immer noch gibt es in der Versorgung der Betroffenen Defizite. So wird eine Tumorerkrankung nach wie vor häufig zur Armutsfalle.

Brustkrebs: Was Frauen über die Früherkennung wissen sollten – und welche Risikofaktoren existieren

Brustkrebs: Was Frauen über die Früherkennung wissen sollten – und welche Risikofaktoren existieren
© serhiibobyk / Fotolia.com

Etwa jede achte Frau erkrankt hierzulande an Brustkrebs. Insgesamt betrifft dies 72.000 Neuerkrankungen pro Jahr. Obwohl Brustkrebs in erster Linie eine Erkrankung der Frau nach den Wechseljahren ist, können auch deutlich jüngere Frauen erkranken. Aber – für welche Frau macht welche Untersuchung in welchem Alter Sinn? Das Mammographie-Screening-Programm gilt für Frauen von 50 bis 69 Jahren. Was insbesondere Frauen außerhalb des „Screening-Alters“...

Wacken & DKMS: Gemeinsam gegen Blutkrebs

Wacken & DKMS: Gemeinsam gegen Blutkrebs
© DKMS gemeinnützige GmbH

Die DKMS ist zum vierten Mal mit einer Registrierungsaktion Teil des Wacken Open Air Festivals (W:O:A). Vom 3. bis zum 5. August 2017 können sich Besucher nicht nur über die lebensrettende Arbeit der internationalen gemeinnützigen Organisation informieren sondern sich auch als potenzielle Spender aufnehmen lassen. Parallel sind die Unterstützerinnen der Initiative „Wacken hilft“ mit viel Herzblut im Einsatz und verkaufen im Ort selbst gebackenen Kuchen zugunsten der DKMS...

Sie können folgenden Inhalt einem Kollegen empfehlen:

"Diagnostik in Zusammenarbeit mit Künstlicher Intelligenz"

Bitte tragen Sie auch die Absenderdaten vollständig ein, damit Sie der Empfänger erkennen kann.

Die mit (*) gekennzeichneten Angaben müssen eingetragen werden!

Die Verwendung Ihrer Daten für den Newsletter können Sie jederzeit mit Wirkung für die Zukunft gegenüber der rsmedia GmbH widersprechen ohne dass Kosten entstehen. Nutzen Sie hierfür etwaige Abmeldelinks im Newsletter oder schreiben Sie eine E-Mail an: info[at]rsmedia-verlag.de.