Vor rund 120 Jahren lernte der Mensch erstmals in etwas hineinzusehen, das von außen verschlossen war. 1895 wurde das Röntgen erfunden - und damit das wohl berühmteste bis heute eingesetzte bildgebende Verfahren in der Medizin. Eine wissenschaftliche Revolution, für die Wilhelm Conrad Röntgen 1901 den ersten Nobelpreis für Physik erhielt.
Seit damals hat sich viel getan. Heute gibt es neben dem Röntgen zahlreiche weitere Techniken, wie etwa die Magnetresonanztomographie. Längst werden bildgebende Verfahren auch nicht mehr nur in der Medizin eingesetzt, sondern ebenso in der Archäologie, Biologie oder Astronomie. Was sie alle eint, ist das Prinzip der Messung elektromagnetischer Strahlung mit unterschiedlicher Wellenlänge.
Wie damit „das Unsichtbare sichtbar“ gemacht wird, erkundete am 1. Oktober 2019 ein öffentliches Symposium an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Wien. Dort war auch die Medizinerin Ursula Schmidt-Erfurth zu Gast. Sie sprach in ihrem Eröffnungsvortrag über „Künstliche Intelligenz im Auge“.
Der Einsatz von künstlicher Intelligenz in der Medizin scheint derzeit in aller Munde zu sein. Warum eignet sich die Augenheilkunde besonders dafür?
Ursula Schmidt-Erfurth: Künstliche Intelligenz hat vor allem dort Platz genommen, wo viele diagnostische Bilder entstehen. Wir haben riesige digitale Datenmengen zur Verfügung, weil es immens viele Erkrankungen gibt. 420 Millionen Diabetiker/innen leiden entweder bereits an einer Netzhautschädigung oder werden im Lauf ihres Lebens eine solche entwickeln. Dazu kommen Leiden wie altersbedingte Makuladegeneration, die ebenfalls sehr weit verbreitet sind. 2016 wurden pro Jahr bereits 80 Millionen optische Kohärenztomografien (OCT) - ein Standardverfahren in der Augenheilkunde - vorgenommen. Jedes Bild besteht dabei aus 65 Millionen Pixel, das sind 65 Millionen diagnostische Datenpunkte, die von den Algorithmen analysiert werden können. Ein hervorragendes Digitalfoto erreicht zum Vergleich etwa zwei Millionen Pixel.
420 Millionen Diabetiker/innen leiden entweder bereits an einer Netzhautschädigung oder werden im Lauf ihres Lebens eine solche entwickeln.
Wie funktioniert ein OCT?
Schmidt-Erfurth: Ein Laserscanner tastet die Netzhaut ab. Das passiert in 1,2 Sekunden, das Ergebnis ist eine dreidimensionale Darstellung der Netzhaut und der darunter liegenden Schichten. Die Auflösung liegt im Bereich von etwa fünf Mikrometer, erreicht also beinahe die zelluläre Ebene. Das OCT ist heute der häufigste Eingriff überhaupt in der Medizin. Das liegt daran, dass die Leiden, die damit diagnostiziert werden, weit verbreitete Zivilisationskrankheiten sind, die lebenslange Kontrolle und oft Therapie erfordern.
Werden die Bilder im klinischen Alltag heute schon von Künstlicher Intelligenz analysiert?
Schmidt-Erfurth: Nein. Der Ansatz ist relativ neu, wir entwickeln an der Medizinischen Universität Wien Algorithmen, die Diagnosen auf der Basis von OCT erstellen können und gehören zu den Pionieren auf diesem Gebiet. Es gibt mittlerweile in den USA und Europa eine erste Zulassung für ein Gerät, das zweidimensionale Aufnahmen von Retinae von Diabetiker/innen analysieren kann. Dieses funktioniert über eine Cloudlösung, Patient/innen mit Diabetes können sich damit überall auf der Welt unproblematisch untersuchen lassen. Das eröffnet hervorragende Perspektiven für die Früherkennung und zeitgerechte Behandlung.
KI-Systeme bieten die Möglichkeit, die richtige Behandlung zur richtigen Zeit dem richtigen Patienten angedeihen zu lassen.
Warum brauchen wir KI-basierte Diagnostik?
Schmidt-Erfurth: Wir haben derzeit teure Therapien, wie das Spritzen von Antikörpern ins Auge, aber keine angemessene Diagnostik und Therapiekontrolle. KI-Systeme bieten die Möglichkeit, die richtige Behandlung zur richtigen Zeit dem richtigen Patienten angedeihen zu lassen. So können wir die Aktivität der Erkrankung prüfen, entscheiden, ob eine Behandlung notwendig ist und den Fortschritt der Therapie kontrollieren. Wenn die Therapie zu spät ansetzt, kann das für die Betroffenen mit einem Sehkraftverlust einhergehen, der bis zur Erblindung führen kann. Die Erblindungsrate ist zwischen 2010 und 2015 um 24 Prozent gestiegen, weil viele Patient/innen zu spät zum Arzt kommen. Durch KI-gestützte OCTs könnten entsprechende Tests beim Optiker, dem Apotheker oder bei der Hausärztin routinemäßig durchgeführt werden.
Was ist in Zukunft von der Technik zu erwarten?
Schmidt-Erfurth: Der Augenhintergrund ist diagnostisch interessant, weil sich hier viele kardiovaskuläre, neurologische und metabolische Krankheiten erkennen lassen. In Zukunft können wir vielleicht auch Herzinfarkte, Arteriosklerose, Multiple Sklerose oder Alzheimer mit unseren Systemen erkennen. Viele Leiden manifestieren sich am Augenhintergrund.
Wo liegen die Grenzen der künstlichen Intelligenz?
Schmidt-Erfurth: Die gibt es, aber wir haben sie noch lange nicht erreicht. Die Algorithmen müssen möglichst präzise sein, sie sind menschlichen Expert/innen in der Bilddiagnostik heute in vielen Bereichen bereits überlegen.
Es gibt nur 210.000 Augenärzte auf der Welt, der ungedeckte Bedarf ist riesig. Mit KI-Unterstützung kann dieses Defizit leichter ausgeglichen werden.
Müssen Augenärzt/innen jetzt um ihre Jobs fürchten?
Schmidt-Erfurth: Nein. Sie müssen sich mit der neuen Technik befassen und sie verstehen. Es gibt nur 210.000 Augenärzte auf der Welt, der ungedeckte Bedarf ist riesig. Mit KI-Unterstützung kann dieses Defizit leichter ausgeglichen werden.
In welchem Stadium der Entwicklung befinden sich Ihre Algorithmen derzeit?
Schmidt-Erfurth: Wir haben bereits einige Algorithmen validiert und patentiert. Die Konkurrenz schläft aber nicht, auch Firmen wie Google sind auf diesem Gebiet tätig.
Kann man mit so finanzstarken Konkurrenten mithalten?
Schmidt-Erfurth: Die Wissenschaft hat die Expertise und muss die Technik vorantreiben. Künstliche Intelligenz in der Medizin hat hunderttausende Anwendungen, auch Google kann nicht alles machen. Zudem haben wir klinische Daten, die Google auf dem Markt nicht so einfach bekommt. Wir sind international gut vernetzt.
Wenn Mediziner /innen sich der neuen Technologie verschließen und sie nicht in ihre Arbeitsprozesse einbauen, wird die ungezügelte Marktwirtschaft gewinnen.
Können proprietäre Algorithmen zum Problem werden?
Schmidt-Erfurth: Das glaube ich nicht. Das Feld ist sehr dynamisch und Algorithmen sind schwer patentierbar und können in leicht abgeänderter Form von Konkurrenten genutzt werden. Hard- und Software entwickeln sich schnell, ich sehe eher Probleme, wenn große Marketingmaschinerien anfangen, flächendeckend billige Angebote auf den Markt zu bringen. Das könnte tatsächlich dazu führen, dass mittelfristig versucht wird, Ärzte und Ärztinnen aus ökonomischen Gründen durch KI-Systeme zu ersetzen. In den Veröffentlichungen großer Technologiekonzerne kann man diese Vision bereits zwischen den Zeilen herauslesen. Wenn Mediziner /innen sich der neuen Technologie verschließen und sie nicht in ihre Arbeitsprozesse einbauen, wird die ungezügelte Marktwirtschaft gewinnen.
