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Frischer Wind durch KITE und SHIP

Wie Künstliche Intelligenz (KI) Translation in der Medizin unterstützt

Medizintechnologische Entwicklungen, die auf künstlicher Intelligenz (KI) basieren, schneller im Klinikalltag nutzen zu können, dass ist ein Ziel des Instituts für Künstliche Intelligenz in der Medizin (IKIM) an der Universitätsmedizin Essen. Univ.-Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. Jens Kleesiek, Inhaber des Lehrstuhls für Translationale Bildgesteuerte Onkologie und Leiter der Abteilung Medical Machine Learning am IKIM, hat deshalb mit weiteren Forschenden das Projekt KITE auf den Weg gebracht. KITE steht für KI-Translation Essen. Die Europäische Union fördert das Projekt im Rahmen der Förderlinie React-EU mit fast 2,5 Millionen Euro. Es knüpft damit unter anderem an das Projekt Smart Hospital Information Platform (SHIP) an, das ebenfalls vom IKIM vorangetrieben wird.

Die KI wird dafür mit medizinischen Daten aus verschiedenen Kliniken und Fachbereichen der Universitätsmedizin trainiert. Zudem arbeiten die Expertinnen und Experten an einer digitalen Infrastruktur, über die völlig neue digitale Kommunikationskanäle etabliert werden können, zum Beispiel:

1.

Dashboards für die grafische Präsentation von Analyseergebnissen in Tumorkonferenzen

2.

Chatbots zur Kommunikation in der Radiologie

3.

Virtual-Reality-(VR-) und Augmented-Reality-(AR-)Lösungen

4.

Einsatz von Service-Robotern

„Es macht das IKIM so einzigartig, dass es die Vision verfolgt, Versorgung, Laboranalysen, ärztliche Expertise, also Diagnostik und Therapie, mit KI zu verbessern und die sich daraus ergebenden Vorteile zeitnah den Menschen im Krankenhaus zugute kommen zu lassen“, sagt Jens Kleesiek, „also wirklich ein Institut der Krankenversorgung zu sein.“

Gemeinsam mit der Maschine lernen auch wir Ärztinnen und Ärzte, wie wir Behandlungen und Therapien verbessern können

Jens Kleesiek

Translation bedeutet Übersetzung. Das IKIM übersetzt Daten über Algorithmen in konkrete Prozesse, die am sogenannten „Point of care“ – auf den Stationen in den Kliniken der Universitätsmedizin Essen – zum Tragen kommen. Denn im Mittelpunkt der Universitätsmedizin Essen steht der Mensch: Patientinnen und Patienten, die meist aufgrund besonders schwerer Erkrankungen an der hochspezialisierten Universitätsmedizin behandelt werden. „Wenn wir beispielsweise von bildgesteuerter Onkologie sprechen, geht es uns nicht lediglich um die IT-gestützte Analyse von CT- oder MRT-Ergebnissen, es geht immer darum, den einzelnen Patienten, die einzelne Patientin in ihrer persönlichen Situation zu betrachten“, erläutert Jens Kleesiek. Das Erheben, Abgleichen und Analysieren von Daten kann durch KI schneller und präziser werden. Das Sammeln von Daten möglichst vieler Patientinnen und Patienten wiederum dient der Forschung. Daraus lassen sich Entscheidungen für grundsätzliche Therapiemöglichkeiten ableiten. Kleesiek: „Gemeinsam mit der Maschine lernen auch wir Ärztinnen und Ärzte, wie wir Behandlungen und Therapien verbessern können.“

Das Ökosystem des IKIM besteht deshalb nicht nur aus Computern und Softwareprodukten, es lebt von dem interdisziplinären Austausch zahlreicher Expertinnen und Experten – aus Medizin, Informatik, Physik, Biologie oder Bio-Chemie. Menschen, die medizinische Fragestellungen entwickeln, medizinische Relevanz beurteilen und die Fähigkeiten haben, Dinge technisch zu realisieren – Datenschutz und Regulatorik stets im Blick.

SHIP, die Smart Hospital Information Platform, sammelt Daten aus über 400 Primärsystemen der Universitätsmedizin Essen, Laborwerte, Pathologieberichte, Bilddaten der Radiologie. Über eine Schnittstelle werden diese Daten in einer einheitlichen Sprache über eine browserbasierte Plattform, die lokal an der Universitätsmedizin Essen gehostet wird, verfügbar gemacht. Die Daten landen also dort, wo die Patientinnen und Patienten behandelt werden. Das KITE-Projekt funktioniert in enger Verknüpfung mit SHIP. KITE stellt die Recheninfrastruktur zur Verfügung, um Algorithmen zu trainieren und später auch einzusetzen.

Wo geht die Reise hin?

  • Generelle Modelle: KI wird in Zukunft Basismodelle liefern, die multimodal mehrere Aufgaben gleichzeitig lösen. Aktuell sind die Daten noch unimodal auf spezifische Krankheitsbilder trainiert. In Zukunft wird es möglich sein, dass KI-Programme eine Röntgenaufnahme nicht in Richtung eines spezifischen Befundes scannen, sondern Hinweise auf alle möglichen Auffälligkeiten geben, die dann von Ärztinnen und Ärzten überprüft werden können.
  • Zeitkomponente: Krankheitsbilder sind keine Momentaufnahmen. Dennoch müssen Ärztinnen und Ärzte sich heutzutage noch weitestgehend auf aktuelle Zustandsanalysen beziehen, da oft die Patientenhistorie nicht zugänglich ist. In Zukunft kann es gelingen, schnell und zielgerichtet Krankheitsverläufe aufzurufen, zu analysieren und so bessere und präzisere Rückschlüsse zu ziehen.
  • Kausalität versus Korrelation: Beeinflussen Störche die Geburtenrate? Auch wenn Ereignisse mitunter miteinander korrelieren, so hängen sie dennoch nicht logisch zusammen. KI wird mehr und mehr unterstützen, in der Medizin auftretende Korrelationen auf ihre Kausalität hin zu überprüfen.
  • Companion: Die KI als kritische Begleiterin der medizinischen Expertinnen und Experten – in Zukunft werden KI-Modelle sich mit Ärztinnen und Ärzten austauschen, sie zum Beispiel durch systematische Fragen anleiten, Diagnosen zu hinterfragen oder auch über alternative Therapien nachzudenken.