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Schnelle Diagnosen Gestatten, Dr. Data: Was Künstliche Intelligenz in der Medizin kann
Sind Computer – etwa bei Krebsdiagnosen – schon klüger als ein Fachärzteteam? Mediziner bezweifeln das und nutzen Rechner bislang meist nur als unterstützende Assistenten. Doch wird es dabei bleiben?
Dr. Data in die Notaufnahme: Für Dietmar Frey ist das keine Science-Fiction. Der Neurochirurg an der Berliner Charité und sein Team aus Ärzten und IT-Experten tüfteln an Rechnern mit Künstlicher Intelligenz, die einer Behandlung von Patienten mit akutem Schlaganfall zugute kommen soll. «Das ist mehr als eine Idee. Wir haben die Technik, einen Prototypen und erste Machine-Learning-Modelle», sagt Frey.
Das Forschungsprojekt hat im Mai begonnen und läuft über mehrere Jahre. Frey ist jetzt schon überzeugt: «Wir können individueller therapieren.» Wenn 2019 das Wissenschaftsjahr mit dem Schwerpunkt Künstliche Intelligenz beginnt, wird es in der Medizin um Fragen gehen wie: Was können Computer – und wo bleiben Ärzte unersetzlich?
Beispiel Schlaganfall
Rund 16'000 Schweizer trifft jedes Jahr «der Schlag». Dann rennt die Zeit. Wird das Gehirn nicht ausreichend mit Blut und Sauerstoff versorgt, stirbt Gewebe ab. Die Folgen können dramatisch sein, Sprachausfälle und Lähmungen drohen.
In Deutschland, wo jährlich rund 270'000 Menschen einen Schlaganfall erleiden, besagen ärztliche Leitlinien, dass das betroffene Hirngewebe nach viereinhalb Stunden tot ist und Nebenwirkungen einer Therapie noch mehr Schaden anrichten können – Blutungen im Kopf zum Beispiel. Deshalb werde nach viereinhalb Stunden heute routinemässig nicht mehr therapiert, sagt Frey. «Das mag statistisch korrekt sein, für den individuellen Patienten ist das jedoch nicht immer die richtige Therapie.»
Schnelle Entscheidungen gefordert
Doch für Frey ist ein Patient mehr als eine statistische Grösse. Er vermutet, dass Therapien in bestimmten Fällen auch nach viereinhalb Stunden noch sinnvoll sind – und in anderen vielleicht schon nach zwei Stunden nicht mehr. Aber wie weiss man, für wen was gilt?
Für Frey ist die Antwort klar: Eine Maschine könnte in Minutenschnelle tausende Vergleichsdatensätze zu Schlaganfällen durchsuchen. Sie abgleichen und Muster aufzeigen, die einem Arzt in der Rettungsstelle bei der Entscheidung helfen könnten. Ein Job für Dr. Data.
Das ist ein Spitzname für Rechner, die in der Medizin mit Künstlicher Intelligenz (KI) arbeiten. Der Doktortitel ist dabei wohl zu hoch gegriffen: Rechner könnten und sollten im Moment keine Ärzte ersetzen, sondern sie als Assistenten in ganz unterschiedlichen Bereichen unterstützen, sagt Felix Nensa, Radiologe und Informatiker an der Uniklinik Essen. Vor allem dort, wo der Mensch eine Fehlbesetzung sei: bei langweiligen und ermüdenden Tätigkeiten wie der Tumorvermessung oder auch beim Speichern und Scannen tausender Bild- und Textdateien.
Hund oder Katze?
KI meint – noch – nicht, dass Computer wie der legendäre «Hal» in Stanley Kubricks «Odyssee im Weltraum» nach Herrschaft streben und Menschen überflüssig machen. KI steht für Datenbanken und Rechner, die trainiert werden, nach programmierten Mustern zu fahnden.
Sinnvolles Programmieren ist eine Kunst, auch in der Medizin. «Man braucht ausreichend grosse Trainingsdaten-Sets und muss Variabilität abbilden können», sagt der Bioinformatiker Benedikt Brors am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg. Sei ein Datensatz zu klein, könne der Rechner zum Beispiel Muster bei sehr seltenen Tumorerkrankungen nicht erkennen – zu wenig Input.
«Ganz vereinfacht ist es so, dass ein Computer erkennt: Auf diesem Bild ist eine Katze. Und auf jenem ist ein Hund.» Lege man ihm ein neues Bild vor, ordne er Katze und Hund richtig zu. Das System könne aber prinzipiell nur das lernen, was man ihm vorsetze. «Mit einem Bild von einem Pferd kann es nichts anfangen.» Doch im besten Fall lernten die Programme mit jedem neuen Input dazu und steigerten so ihre Leistungsfähigkeit.
Do-it-yourself-Taktik
Das DKFZ entwickelt seit zehn Jahren ein KI-System, das anzeigen soll, ob Neuroblastome – sehr seltene Tumore bei Kindern – aggressiv sind oder eher harmlos. Davon hängt die Therapie ab. Doch es wird noch dauern mit der klinischen Erprobung. Die Anforderungen für eine Zertifizierung seien extrem hoch, sagt Brors. «Normalerweise würde man sich eine Firma dafür suchen. Aber mit rund 120 Neuerkrankungen in Deutschland pro Jahr ist der Markt zu klein.» Das lohne sich nicht für ein Unternehmen. «Also müssen wir das selbst machen.»
Diese Do-it-yourself-Taktik hat Dietmar Frey an der Charité auch im Sinn. Seine Rechner haben bereits über 1'400 Schlaganfälle geladen. Es sind echte Patientenschicksale, anonymisiert und heruntergebrochen auf Formeln. Es geht unter anderem um Angaben zu Alter, Geschlecht, Gewicht, Rauchgewohnheiten, Vorerkrankungen, genommenen Medikamenten und Laborwerten. Freys Plan ist es, diesen Datenschatz abrufbereit in der Notaufnahme zu haben, wenn ein neuer Patient mit akutem Schlaganfall eingeliefert wird.
Beste Therapie binnen Minuten finden
Zehn bis 15 Minuten blieben heute im Schnitt für die Diagnostik in der Rettungsstelle, weitere zehn für eine Entscheidung über eine Therapie, berichtet Frey. Er möchte, dass künftig direkt nach der Aufnahme eines Patienten der Rechner im Hintergrund analysiert, ob es vergleichbare Ausprägungen eines Schlaganfalls gab, wie verfahren wurde und ob das half. Die Ergebnisse soll der Computer binnen Minuten ausspucken – damit die behandelnden Ärzte die beste Therapie für den Patienten finden können, der gerade vor ihnen liegt.
«Der Mehrwert wäre das Abwägen von individuellem Nutzen und Risiko», erläutert der Neurochirurg. «Ein Arzt hat heute weder die Zeit noch die Kapazitäten, in der Notaufnahme Aktenberge für Vergleiche zu wälzen. Und im Kopf haben und berechnen kann er das alles schon gar nicht.»
Ginge sein Plan in der klinischen Erprobung auf, könnte das Programm auch anderen Kliniken nutzen. Es ist an EU-Forschung angedockt, könnte über Deutschland hinaus strahlen. Frey denkt über eine Ausgründung nach, beschäftigt sich mit Datenschutz. Es könnte eine grosse Nummer werden – aber wer weiss das schon. Weltweit gibt es kaum Abstimmungen, wer woran forscht. Es herrscht Wettbewerb.
Entlastung für den Arzt
In Essen baut Mediziner Nensa seit mehreren Jahren mit einem Technologiekonzern Bilddatenbanken auf: CT- und Röntgenbilder von Lungenleiden samt klinischen Daten. «Wir haben immer wieder neue Fälle», sagt er. «Dann gucken wir uns die neuen Bilder dazu an und denken manchmal: Puh, was ist das denn jetzt?» Früher hätten Ärzte elektronische Lehrbücher angezapft. «Dafür mussten wir dieses Bild in Worte fassen. Das ist bei seltenen Lungenerkrankungen echt schwierig.»
Mit der KI-Datenbank läuft es anders. «Wir können jetzt in einer neuen Aufnahme Bereiche markieren und den Computer suchen lassen.» Gab es schon mal einen ähnlichen Fall? «Und wenn ja, zeig mir dieses Vergleichsbild.» Und weil mit dem gespeicherten Fall immer eine Diagnose verbunden sei, gebe es direkt einen Link zur Fachliteratur. «Wenn da dann steht: Tritt ausschliesslich bei Frauen auf, aber mein Patient ist ein Mann – dann bin ich auf dem Holzweg», sagt Nensa. Aber auch das sei eine Info.
«Solche KI ist für mich die erste Welle von Tools, die den Arzt entlastet», resümiert er. «In fünf bis zehn Jahren wird es mehr von diesen Tools geben. Der Beruf des Arztes wird sich verändern – mehr in Richtung Zusammenführen und Interpretieren von Daten», mutmasst Nensa. Vielleicht würden Radiologen und Pathologen mal eine Disziplin. «Oder es gibt Mr und Mrs Superdiagnostics.»
Zweite Meinung vom Computer?
An der Berliner Charité sieht Physiker und Pathologe Frederick Klauschen KI als wesentlichen Bestandteil der Diagnostik, aber nicht als Paradigmenwechsel. Sie helfe Ärzten, sich auf schwierige Fragestellungen zu konzentrieren. «Das Qualitative kann der Pathologe besser, das Quantitative kann der Computer besser.» Mit Blick auf die Überalterung der Gesellschaft werde diese Arbeitsteilung unumgänglich.
Heute weiss man, dass Ärzte verschiedener Fachrichtungen in einer Tumorkonferenz weisere Entscheidungen für Krebspatienten treffen können als einzelne Experten nur einer Disziplin. Können gut gefütterte Computer bald so etwas wie eine Zweitmeinung in einer solchen Runde beitragen? Und wäre das unheimlich?
Intuition fehlt den Maschinen
«Was es für viele ein wenig unheimlich macht, ist, dass man bei manchen dieser Systeme die Regeln nicht mehr direkt ablesen kann», sagt Bioinformatiker Brors in Heidelberg. «Es ist nicht mehr nachvollziehbar für jemanden von aussen, warum der Computer jetzt eine bestimmte Entscheidung trifft.» Im Prinzip sei das egal, solange die Entscheidung zuverlässig sei. «Aber das macht Ärzte skeptisch. Das ist wie eine Blackbox. Sie können nicht mehr überprüfen, ob das plausibel ist.»
Und noch gibt es Grenzen bei KI. Eine Maschine könne bisher zum Beispiel regelbasiertes Wissen aus Leitlinien reproduzieren. «Was sie noch nicht hat, ist Kreativität oder Intuition», sagt Brors. Menschen hingegen könnten auch mal um die Ecke denken.
Evakuierungsaktion bei der Seilbahn Lungern-Turren in Lungern im Kanton Obwalden: Wegen einer technischen Panne mussten rund 27 Personen mit dem Helikopter gerettet werden.
Bild: KEYSTONE
Zu zweit durch dick und dünn – und durch heiss und eiskalt: Dieses Liebespaar sprang am Valentinstag in Hamburg ins kalte Wasser.
Bild: Georg Wendt/dpa
Fasnächtliche und farbenfrohe Puppen zieren das Dorf Seelisberg im Kanton Uri über die Fasnachtstage. Die Fasnacht 2021 ist im Kanton Uri aufgrund der Corona-Ppandemie praktisch verboten, es duerfen maximal nur 5 Personen unterwegs sein, aber als einer der wenigen Kantone ist in Uri das Spielen von Musikinstrumenten erlaubt. (13.02.2021)
Bild: KEYSTONE/Urs Flueeler
Die Pandabären-Geschwister Paule (r) und Pit (l) spielen in ihrem Gehege im Zoo Berlin im Schnee. (13.02.2021)
Bild: Kira Hofmann/dpa-Zentralbild/dpa
Halb Euroopa friert. Diese Heidschnucken in Braunschweig jedoch lassen sich von den frostigen Temperaturen nicht beeindrucken. (13.02.2021)
Bild: Stefan Jaitner/dpa
Sahara-Sand färbt Schnee und Himmel orange im Skigebiet Anzère in der Schweiz.
Bild: Keystone/Laurent Gillieron
Menschen drängen sich in der Einkaufsstrasse Via del Corso in Rom nachdem die Corona-Massnahmen gelockert wurden.
Bild: Cecilia Fabiano/dpa
Irgendwo dort versteckt sich die A7: Nahe Hannover herrscht dichtes Schneetreiben auf der Autobahn.
Bild: Julian Stratenschulte/dpa
Eine Replik der Saffa-Schnecke fotografiert vor der Schweizer Nationalbank während einer Jubiläumsaktion organisiert von Bern Welcome, zu 50 Jahren Frauenstimm- und -wahlrecht. (06.02.2021)
Bild: Anthony Anex/Keystone
Ein Porträt von Elisabeth Vischer-Alioth wartet darauf, an eine Hauswand geklebt zu werden, während der Vorbereitungen zur Ausstellung «Hommage 2021: Porträts von mutigen Frauen in der Berner Altstadt». (06.02.2021)
Bild: Anthony Anex/Keystone
Abgeschirmte Speisekuppel. So geht es auch. Im israelischen Jerusalem speisen Restaurantbesucher abgeschirmt von anderen Gästen in einer Kuppel. Israel plant trotz anhaltend hoher Infektionszahlen erste Lockerungen einleiten. (06.02.2021)
Bild: Muammar Awad/XinHua/dpa
Ein überfluteter Platz beim Flussufer in Saint-Ursanne. Der Fluss Doubs trat nach starken Regenfällen über die Ufer. (31.1.2021)
Bild: Keystone
Während einer Demonstration gegen die Inhaftierung von Kremlkritiker Nawalny führen russische Polizisten einen Mann ab. (31.1.2021)
Bild: Aleksander Khitrov/AP/dpa
Imposante Kulisse: In Los Angeles können sich die Menschen unter anderem auf dem Parkplatz des Dodger Stadium gegen Corona impfen lassen. (31.1.2021)
Bild: Damian Dovarganes/AP/dpa
Mehr als zwei Kilometer durch den eiskalten Bodensee: Der Extremschwimmer Paul Bieber hat mit seinem Versuch den deutschen Rekord im Distanz-Eisschwimmen gebrochen. Der 37-Jährige schwamm bei unter fünf Grad Wassertemperatur 2210 Meter weit. 43,03 Minuten brauchte er dafür. (30.1.2021)
Bild: Felix Kästle/dpa
Gleich zwei Mal binnen 48 Stunden gab es in Raron im Kanton Wallis infolge der Schlechtwettersituation in den letzten Tagen Felsstürze. (30.1.2021)
Bild: KEYSTONE/Laurent Gillieron
Vor einem pittoresken Wolkenhimmel zeigt Max Ross auf einer Slackline im Hillcrest Park im kalifornischen Fullerton sein Können. (30.1.2021)
Bild: Mark Rightmire/The Orange County Register/dpa
Ein internationales Forscherteam hat auf Madagaskar eine neue Chamäleonart entdeckt, bei der das Männchen lediglich 13,5 Millimeter lang ist. Obwohl das männliche Tier das kleinste unter rund 11‘050 Reptilienarten ist, verfügt es in Relation zur Körpergrösse über die die grössten Genitalien. Der Grund: Eine erfolgreiche Paarung mit den bedeutend grösseren Weibchen wäre sonst nicht möglich. (28.1.2021)
Bild: Frank Glaw/SNSB-ZSM/dpa
Und dann hatte Hamburg eine Mülldeponie mehr: Im Stadtteil Norderstedt der Hansestadt türmt sich in einem Gewerbegebiet bis zu sechs Meter Müll wie Bauschutt, Teerpappe, Dämmstoffe, Asbest und anderes. Der Unternehmer, der dort bestimmte Stoffe nur zwischenlagern durfte, ist verschwunden. Die Staatsanwaltschaft sucht nun nach ihm. (27.1.2021)
Bild: Christian Charisius/dpa
«Minor Canyon»: Schwere Regenfälle haben im kalifornischen Monterey County zu Schlammlawinen, Überschwemmungen und zu dieser beeindruckenden Mini-Schlucht geführt. (28.1.2021)
Bild: Noah Berger/AP/dpa
Gedenken: Die New Yorker Verkehrsbetriebe ehren 136 Mitarbeiter, die am Coronavirus gestorben sind, mit einer digitalen Gedenkstätte an 107 U-Bahn-Stationen – wie hier in der Moynihan Train Hall im New Yorker Stadtteil Manhattan. (29.1.2021)
Bild: John Minchillo/AP/dpa
Schlange an der Notaufnahme: Rettungssanitäter warten vor dem Santa Maria Krankenhaus in Lissabon, um Covid-19-Patienten zu übergeben. Portugal gehört momentan zu den Ländern mit den weltweit höchsten Neuinfektionszahlen im Verhältnis zur Einwohnerzahl. (28.1.2021)
Bild: Armando Franca/AP/dpa
Feuer an der Tankstelle: Die deutsche Rastanlage Hunsrück Ost an der Autobahn A61 ist einer nur knapp einer Katastrophe entgangen, nachdem hier ein Kleintransporter beim Betanken in Vollbrand geriet. Erst die Feuerwehr konnte das Feuer löschen – zuvor hatte der Kassier allerdings richtig reagiert und per Notschalter die ganze Tankanlage ausser Betrieb genommen. (28.1.2021)
Bild: Keystone
Strand ohne Leben: Ein Bademeister arbeitet am leeren Strand von Palma auf Mallorca. Derzeit gibt es Corona-bedingt kaum Touristen auf der Ferieninsel. (28.1.2021)
Bild: Mar Granel Palou/dpa
Da kann man auch grosse Augen machen: Auf einer österreichischen Landstrasse ist eine Waldohreule mit einem Auto zusammengestossen. Der Vogel überstand den Crash mit dem Bruch eines Flügels und wird derzeit auf einer Greifvogelstation aufgepäppelt. (28.1.2021)
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Bild: Jan Woitas/dpa-Zentralbild/dpa
Winston hat das Coronavirus besiegt: Der Gorilla erholt sich im Zoo von San Diego nach einer umfangreichen medikamentösen Behandlung von einem schweren Verlauf seiner Corona-Infektion. Bei dem 48-jährigen Silberrücken Winston waren im Zuge der Infektion eine Lungenentzündung und Herzprobleme aufgetreten. Er wurde daraufhin mit einer Antikörper-Therapie, Herzmedikamenten und Antibiotika behandelt. (26.1.2021)
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Auf glühenden Kohlen: Ein Mann produziert im Gaza-Streifen beim dort grössten Produzenten Holzkohle. Als bestes und teuerstes Holz für diesen Zweck gilt das von Zitrusbäumen, aber auch das von Olivenbäumen wird gerne verwendet. (26.1.2021)
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Von Ruhe auf einer Parkbank kann hier nicht die Rede sein: Möwen und Tauben schwirren und fliegen um eine Frau in Tokio umher. (26.1.2021)
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Schnack beim Snack: Fischer Willy Rivas scherzt im peruanischen Lima mit einem Freund beim Essen in der Fischerbucht in Chorrillos. (26.1.2021)
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Banger Blick zum Horizont: Ein freiwilliger Helfer benutzt sein Walkie-Talkie, während er den Vulkan Mount Merapi während einer Eruption überwacht. Der Vulkan, der als einer der gefährlichsten der Welt gilt, ist erneut ausgebrochen und spukte mehrere Stunden glühende Asche und Gestein. (27.1.2021)
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Stausee verkommt zu «fliessenden Müllhalde: Ein Mann geht an Tonnen von Müll vorbei, die am Fusse des Wasserkraftwerks am Potpecko-Stausee in Serbien schwimmen. Vor allem Plastikabfälle gelangen durch Nebenflüsse in den Stausee und sammeln sich hier an. Eine serbische Zeitung schrieb bereits von einer «fliessenden Müllhalde». (26.1.2021)
Bild: Darko Vojinovic/AP/dpa
Dickschädeltest: Stirn an Stirn messen zwei Rinder im deutschen Naturschutzgebiet Boberger Niederung ihre Kräfte. (25.1.2021)
Bild: Daniel Bockwoldt/dpa
Nasskaltes Ende: Zwischen Frauenfeld und Matzingen ist eine 33-jährige Wagenlenkerin bei Glatteis von der Strasse abgekommen und im Murgkanal gelandet. Die Frau wurde mit leichten Verletzungen ins Spital gebracht. (26.1.2021)
Bild: Kapo TG
Opfer der Zerstörungswut: Ein Mann räumt in einem Fast-Food-Restaurant in Rotterdam auf. Die Niederlande sind erneut von sogenannten Corona-Krawallen erfasst worden. Hunderte gewaltbereite Jugendliche hatten nach Polizeiangaben in mehreren Städten randaliert und dabei auch die Polizei angegriffen. (25.1.2021)
Bild: Peter Dejong/AP/dpa
Auf den Hund gekommen: Vierbeiner der Indian Railway Protection Force zeigen anlässlich des indischen Nationalfeiertags ihre Kunststückchen.
Bild: KEYSTONE
Galionsfigur mit Kettensäge: Im ungarischen Szilvásvárad streckt sich ein Feuerwehrmann auf dem Dach eines Zugs, um einen Ast abzusägen, der unter der Schneelast heruntergebrochen ist und die Bahnstrecke blockiert. (25.1.2021)
Bild: Keystone
Und sie tun es immer noch: In Rio De Janeiro tummeln sich grosse Menschenmengen auf engem Raum am Strand von Ipanema in Rio de Janeiro. Und das obwohl Brasilien nach wie vor sehr hohe Corona-Fallzahlen hat.
Bild: Bruna Prado/AP/dpa
Himmlische Hilfe: Feuerwehrfrau Tegan Rayner von der Belair Brigade CFS freut sich über den Regen, während sie nach Löscharbeiten der Buschbrände in Cherry Gardens in der Nähe von Adelaide, Australien, steht. (25.1.2021)
Bild: Brenton Edwards/ADELAIDE ADVERTISER/AAP/dpa
Winterfest: Stammrosen sind im Rosenpark Dräger in Steinfurth, Deutschland, mit Folie kältesicher verpackt. (25.1.2021)
Bild: KEYSTONE
