Die Zukunft der medizinischen Information

Krebskongress diskutiert das Ende humaner Diagnostik

Auf dem 34. Deutschen Krebskongress (DKK) wurden letzte Woche in Berlin alle heißen Topics zur Onkologie diskutiert. Und durchaus provokant auch die Zukunft der onkologischen Diagnostik in der Session „Endlich ohne humane Diagnostiker? Nutzen künstlicher Intelligenz in der morphologischen und bildgebenden diagnostischen Medizin“. Auch in diesem Blog hatten wir dieses Thema schon öfter adressiert, jetzt kamen internationale Experten zu Wort.

Am Samstag morgen um 8.00 Uhr hatten sich gerade mal ein paar Dutzend der insgesamt fast 15.000 Teilnehmer im Raum London 2 eingefunden und der Vorsitzende, Prof. Wilko Weichert von der TU München, kommentierte das in seiner Eröffnung süffisant: „Wie Sie merken haben wir einen attraktiven Tagesrandtermin für unsere Session bekommen. Aber ich sage voraus, dass wir in den nächsten Jahren und Jahrzehnten in die Mitte des Kongresses rücken werden.“

Das Programm hätte es schon heuer verdient gehabt. Prof. Joachim Denzler stellt die Chance und Risiken des „Deep Learnings“ bei der Erkennung von Strukturen und gab sich an einigen Stellen durchaus skeptisch. Nicht nur, weil maschinelles Lernen oft eine „Black Box“ ist, von der man gar nicht weiß, wie sie zu ihren Ergebnissen kommt. Er wies auch noch einmal darauf hin, dass gerade bei uns in Deutschland durch das Fehlen strukturierter Daten (Patientenakte) kaum Trainingsdaten für die Algorithmen vorliegen. Und er plädierte dafür, dass man die selbstlernenden Maschinen nicht mit den Bildern alleine lassen sollte, sondern ihnen unbedingt auch das „alte“ Wissen der menschlichen Kollegen zur Verfügung stellen. Damit, so Denzler, wird das Vorgehen transparenter und damit schneller akzeptiert.

Prof. Daniel Rückert zeigte Beispiele aus der diagnostischen Radiologie, wo KI nicht nur für Diagnose und Prognose eingesetzt wird, sondern auch schon viel früher bei der Bilderstellung und -extrahierung. Er stellte verschiedene Typen von Netzwerken vor (regression networks, encoder-decoder networks, generative adversartial networks) und Beispiele aus der UK Biobank. Und endete mit der provokanten Frage: Brauchen wir in 10 Jahren überhaupt noch Bilder? Oder werden Diagnosen dann direkt aus den Rohdaten erstellt?

Wie die Pathologie mit KI-Ansätzen umgeht, erklärte Dr. Carsten Marr vom Helmholtz-Zentrum in München anhand von statischen und mechanistischen Modellen. Nach einigen Trainingsrunden waren die Systeme seiner Arbeitsgruppe ähnlich gut wie trainierte menschliche Beobachter – hatten aber auch mit den gleichen Zelltypen ihre Probleme wie diese. Anhand von Knochenmarkausstrichen versucht man jetzt vorherzusagen, wie hoch die Wahrscheinlichkeit von Vorläuferzellen ist, sich in Richtung einer chronischen oder akuten Leukämie zu entwickeln.

Zum Schluss war es an Prof. Wolfgang Weber die Frage zu beantworten: „In 10 Jahren – alles nur KI oder alles nur Hype?“. Er stellte einige der aktuellen Veröffentlichungen aus hochkarätigen Magazinen vor, die menschliche Auswerter und KI vergleichen – bei der Mammografie, beim Screenen nach Lungentumoren und anderen Neoplasien. Die Autorenteams bestanden in der Regel aus einem oder zwei gestandenen Radiologen und einem Dutzend Mitarbeitern von Google. Und er zeigte anhand einer „risk replacement“-Matrix, dass sich Radiologen – im Gegensatz zu Wissenschaftlern oder Vertretern der sprechenden Medizin (Hausärzte) durchaus in der Gefahrenzone des „Ersetzwerdens“ befinden.

Als Gesamtfazit für die Zukunft von Radiologie und anderer bildassoziierten Verfahren darf das Statement von Curt Langlotz von der American Association of Radiology gelten: „Will AI (artifical Intelligence) replace radiologists in the next 10 years? I say the answer is no. But radiologists who use AI will replace those who don’t”. Und dann dürfte die Session zur Zukunft auch eine Keynote Lecture sein.

Patienten: Beruhigung mittels Virtual Reality

In der letzten Woche hatten wir uns mit dem Einsatz von VR bei Angststörungen befasst – heute geht es um die Angst während des Krankenhausaufenthalts. Die ständige Sorge um einen bevorstehenden Eingriff und die tatsächlichen Schmerzen, die man während oder nach einem Eingriff erleiden kann, belasten verständlicherweise jeden. VR stellt sich als verlockende Lösung dar, um den Patienten in solchen Situationen zu helfen, sich zu entspannen und in geringerem Maße zu leiden.

In einer kürzlich durchgeführten Pilotstudie hatten Patienten, die im St. George’s Hospital in London operiert wurden, die Möglichkeit, vor und während der Operation ein VR-Headset zu benutzen, um während des Eingriffs beruhigende Landschaften zu sehen. 100 % der Teilnehmer berichteten, dass sich ihre allgemeine Krankenhauserfahrung durch das Tragen des Headsets verbessert hat, während 94 % sagten, dass sie sich entspannter fühlten. Darüber hinaus gaben 80 % an, dass sie nach dem Tragen des Headsets weniger Schmerzen empfanden, und 73 % berichteten, dass sie sich weniger ängstlich fühlten:

Ein Patient: „Das Headset half mir, mich von dem, was vor sich ging, abzulenken, und ich musste mich bewusst bemühen, nicht einzuschlafen, es war äußerst entspannend. Ich wusste nicht, wie lange ich da drin war oder was um mich herum vor sich ging – ich war völlig in die VR-Erfahrung eingetaucht.“

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Mit Virtual Reality gegen Angststörungen

Angststörungen kommen häufiger vor als alle anderen psychischen Störungen. Man schätzt, dass in den Industrieländern mehr als 10 Prozent der Erwachsenen davon betroffen sind. Weil sich viele Patienten mit ihren Gefühlen irgendwann arrangieren, werden Angststörungen häufig nicht diagnostiziert. Und folglich auch nicht behandelt.

Dabei sprechen Angststörungen gut auf eine Psychotherapie an und die Behandlungsleitline listet drei adäquate Verfahren: Die Verhaltenstherapie (VT), die tiefenpsychologisch fundierte Psychotherapie (TP) und die Psychoanalyse (PA). Alle drei Verfahren haben das Ziel, die erlebten Ängste und die daraus resultierenden körperlichen Symptome zu reduzieren und den Betroffenen so einen freieren Alltag zu ermöglichen. Alle drei Verfahren anerkannt und werden erstattet.

Das so genannte Expositionstraining ist die kompakteste Behandlungsform. Sie setzt an der Vermeidungsstrategie der Patienten an. Die Vermeidung von angstauslösenden Situationen dominiert häufig ihren Alltag. Weil sie es aber schaffen, den Situationen aus dem Weg zu gehen, bleibt die Angst bestehen. Ziel der Expositionstherapie ist es, den Patienten die Möglichkeit zu geben, sich der Situation zu stellen: Durch das gut vorbereitete und zunächst begleitete Aufsuchen der angstauslösenden Situation. Langfristiges Ziel ist es, das Vermeidungsverhalten abzutrainieren.

Virtual Reality (VR) ermöglicht es, solche angstbesetzten Situationen in einem sicheren Setting zu simulieren. Und die Techniker Krankenkasse (TK) bietet für Ihre Versicherten jetzt in Zusammenarbeit mit der Hamburger Firma Sympatient eine digitale Therapie bei Angststörungen an. Trainiert wird zuhause. In der zugehörigen App Invirto gibt es Schulungsvideos und Übungen, ein Psychotherapeut begleitet die Therapie telefonisch. Invirto ist ein CE-zertifiziertes Medizinprodukt, passt also klassisch in das „App auf Rezept“-Raster.

In der App gibt es neben Schulungsmaterialien vier Stunden VR-Bildmaterial für sieben verschiedene Angstszenarien. Der Patient muss immer wieder Fragen zu seinem Zustand beantworten, in Krisensituationen kann er eine Notfallnummern wählen. Eine begleitende Studie soll den Einsatz des VR-Tools evaluieren.

LEARNTEC 2020

Auch in Zeiten der virtuellen Realität wollen sich Messebesucher lieber einen persönlichen Eindruck von den Entwicklungen in ihren Interessensgebieten verschaffen – und dies gilt anscheinend insbesondere für Messen, die sich genau mit diesem Thema und der Digitalisierung des Lernens selbst befassen.

Die Learntec ist die größte europäische digitale Bildungsmesse. 411 Aussteller aus 17 Nationen und eine deutlich gewachsene Ausstellungsfläche wurden von den ca. 12.000 Besuchern in der letzten Woche in Karlsruhe genutzt. Das Topthema in diesem Jahr war der Einsatz künstlicher Intelligenz bei künftigen Lernszenarien.

Internationale Experten beleuchteten Gegenwart und Zukunft der digitalen Bildung. Christian Baudis, Ex-Google-Deutschlandchef: „In den nächsten 10 Jahren wird die Digitalisierung alle Geschäftsbereiche auf den Kopf stellen und das Bildungssystem sowie die Art und Weise, wie und wie lange wir lernen, verändern.“ Dong-Seon Chang, Neurowissenschaftler: „In unserem täglichen Leben bestimmen KI-Algorithmen bereits die neuen Informationen, die wir finden und entdecken werden.“

Die Redaktion dieses Blogs war insbesondere von der AR/VR Arena angetan. An allen drei Kongresstagen wurden Anwendungen und Erkenntnisse in Form von über 30 Vorträgen und Podiumsdiskussionen dem interessierten Publikum nahegebracht. Die kurze Demonstration von Microsofts Hololens 2, der neuesten AR-Brille, konnte bereits erahnen lassen, in welches Potential hier im Arbeitsumfeld lauert – auch im Gesundheitswesen. Das neue Mixed-Reality-Device zeigt einmal mehr, dass der Durchbruch neuer Technologien stark von disruptiven Innovationen abhängt – über 30.000 Vorbestellungen könnten ein Indiz dafür sein.

Torsten Fell (immersivelearning.institute) stellte vor, wie AR in den Arbeitsprozess integriert werden kann: kontextbezogener Zugang über Objekterkennung, Prozess-Guides im Arbeitsverlauf, Wartungs-Service-Dokumentation, Kollaboration mit externen Experten. Letzteres könnte man sich im telemedizinischen Umfeld bereits jetzt sehr gut vorstellen. Allerdings: die AR-Anwendungen müssen kostengünstig und effizient erstellt werden können, dann wird diese zukunftsweisende Technologie ihren breiten Einzug finden.

Insgesamt zeigt die Akzeptanz-Kurve für AR/VR-Anwendungen steil nach oben. PwC erwartet im Jahr 2030 bereits 400.000 Jobs in diesem Feld allein in Deutschland.

Hololens-Demo, Marco Maier, VISCOPIC

Grippe-Tracking mit Fitbit-Nutzerdaten

Durch das Zusammenspiel vorhandener CDC-Daten mit Herzfrequenz- und Schlafmessungen entwickelte das Scripps Research Translational Institute ein neues Modell zur Verfolgung der Erkrankung. Die von Fitbit-Geräten (z.B. Fitnessarmbändern) gesammelten Daten zu Herzfrequenz und Schlafdauer könnten so dazu beitragen, aktuelle und genaue Modelle der Influenza-Trends auf Bevölkerungsebene zu erstellen.

Die Ergebnisse wurden jüngst in The Lancet Digital Health unter dem Titel Nutzung von Wearable-Device-Daten zur Verbesserung der Echtzeitüberwachung von Influenza-ähnlichen Krankheiten in den USA auf Bundesstaatsebene: eine bevölkerungsbasierte Studie veröffentlicht.

Akute Infektionen können dazu führen, dass eine Person eine erhöhte Ruheherzfrequenz (RHR) hat und ihre täglichen Routinetätigkeiten aufgrund der physiologischen Reaktion auf die Entzündung verändert. Aus diesem Grund wollten die Autoren untersuchen, ob Populationstrends von saisonalen Infektionen der Atemwege wie Influenza durch tragbare Sensoren, die RHR- und Schlafdaten erfassen, identifiziert werden können.

Aktivitäts- und physiologische Tracker werden in den USA und weltweit zunehmend zur Überwachung der individuellen Gesundheit eingesetzt. Durch den Zugriff auf diese Daten könnte die Überwachung der Influenza in Echtzeit und geografisch verfeinert werden. Diese Informationen könnten von entscheidender Bedeutung sein, um rechtzeitig Maßnahmen zur Reaktion auf Ausbrüche zu ergreifen und eine weitere Übertragung von Influenzafällen bei Ausbrüchen zu verhindern.

Quelle: The Lancet Digital Health