Dr. Karsten Ridder überprüft am Bildschirm die Diagnose der intelligenten Software: In 95 Prozent der Fälle liegt sie richtig. © MVZ Uhlenbrock
Medizinischer Meilenstein

Dortmunder Ärzte spüren mit KI Lungenschäden durch Covid-19 auf

In Dortmund läuft ein weltweit zukunftsweisendes Medizin-Projekt: Eine Künstliche Intelligenz hilft Ärzten dabei, gefährliche Lungenschäden zu entdecken - auch bei Coronavirus-Patienten.

Es ist Montagmorgen und der Bildschirm zeigt die Lunge einer Patientin aus der Notaufnahme. Sie kam um 0.35 Uhr mit Luftnot und Fieber. Erster Verdacht, der jetzt immer im Raum steht: Covid-19. Das Röntgenbild zeigt keinerlei Auffälligkeiten, die den Verdacht erhärten könnten, liefert dafür aber einen anderen wichtigen Hinweis.

Im linken unteren Lungenflügel ist ein kaum sichtbarer kleiner Fleck vom Computer markiert worden – mit dem Befund: Tumor. Sicherheit: 10.

Diese Diagnose hat der „AI-Rad Companion Chest X-ray“ gestellt, eine lernende Computer-Software. Mit der Einstufung mit Sicherheit 10 sagt sie dem Arzt, der das Röntgenbild am Computer überprüft: Ich bin ganz sicher! In diesem Fall ganz sicher, einen Tumor gefunden zu haben.

Der „Rad Companion“ (Radiologie-Begleiter) ist eine künstliche Intelligenz, die in drei Kliniken der Dortmunder Lukas-Gesellschaft eingesetzt wird. Sie unterstützt die Ärzte bei der Diagnose, hilft Fehler zu vermeiden und erhöht die Sicherheit für den Patienten.

Drei Dortmunder Kliniken nutzen die KI-Software

„Mit den Symptomen der Patientin hatte der Tumor nichts zu tun. Und er wäre in der nächtlichen Hektik einer Notaufnahme womöglich gar nicht entdeckt worden, weil er nicht im Fokus der Untersuchung stand“, erläutert Dr. Karsten Ridder. „Die künstliche Intelligenz findet jedoch auch das, was man gerade nicht sucht.“

Der Radiologe ist ärztlicher Leiter und Programmverantwortlicher im Medizinischen Versorgungszentrum (MVZ) Prof. Dr. Uhlenbrock & Partner. Das MVZ führt in den Kliniken der katholischen Lukas-Gesellschaft (St. Josefs-Hospital Hörde, Kath. Krankenhaus Dortmund-West und St. Rochus-Hospital Castrop-Rauxel) die Fachabteilungen für Radiologie.

Dr. Ridder und das Dortmunder MVZ haben den Rad Companion mitentwickelt – zusammen mit dem Unternehmen Siemens Healthineers, mit Ärzten des General Hospital in Boston (das zur Harvard-Universität gehört) und dem Münchner Uni-Klinikum Großhadern. Die Dortmunder Mediziner befinden sich also in ausgesprochen renommierter Gesellschaft.


Für die fünf wichtigsten Lungenerkrankungen

Mit weit über 100.000 Aufnahmen aus Dortmund, München und Boston wurde die Software gefüttert und geschult, um die fünf wichtigsten und häufigsten Lungenerkrankungen zu erkennen – und jetzt auch Lungenschäden durch Covid 19.

„Die Software lernt, brauchte aber viele Beispiele und ein Fein-Tuning über mehrere Jahre“, berichtet Dr. Ridder. „Und natürlich ersetzt sie den Arzt nicht. Sie unterstützt ihn und hilft, Flüchtigkeitsfehler und Unsicherheiten zu vermeiden und wichtige Entscheidungen schnell treffen können. Das ist vor allem wichtig im Nacht- und Wochenenddienst, in der Notaufnahme und immer dann, wenn es viele Möglichkeiten der Interpretation und Auswertung gibt. Das ist anspruchsvoll und nicht immer ist ein Radiologe greifbar.“

Die Idee zum Einsatz der künstlichen Intelligenz kam Dr. Ridder, als Dortmund Erstaufnahme-Station für Flüchtlinge war und die Ärzte dort vor allem zur Entdeckung der weltweit verbreiteten Tuberkulose täglich mehr als 100 Röntgenaufnahmen anfertigen und sofort befunden sollten. „Und das zusätzlich zur normalen Arbeit. Darum haben wir uns damals an Siemens gewandt und gesagt: Wir brauchen Unterstützung, um auch in Zukunft schneller, aber gleichzeitig sicherer arbeiten zu können und Fehler zu vermeiden.“

Wer findet mehr: Arzt oder Computer?

Daraus entstand der Rad Companion. Drei Jahre lang wurde er entwickelt und getestet. Auch im Doppel-Blind-Versuch: Was findet der Arzt – was findet der Computer? Das Ergebnis: Der Computer liegt in 95 Prozent der Fälle richtig. „Aber natürlich gibt es kein einziges Bild, das der Arzt nicht noch einmal selbst ansieht, bevor der Patient die Diagnose erhält“, stellt Ridder klar.

Jetzt ist die Software in zweiter Generation nach vielem Fein-Tuning in der Lage, alle fünf Haupt-Lungenschädigungen zu erkennen, die zum Teil ein sofortiges Eingreifen erforderlich machen: Pneumothorax (Luft zwischen Brustkorb und eigentlicher Lunge), Pleuraerguss (Wasser in der Lunge bei Herzschwäche, Tumor, Verletzung), Lungenläsionen (Tumore), Atelektase (verklebte Lungenbläschen, die zu verminderter Einatmung führen) sowie die klassische Lungenentzündung. Mit der Pandemie kamen dann auch Lungenschäden durch Covid-19 hinzu.

Dr. Ridder: „Wir haben ein aktuelles Covid-Zusatzmodul für die Software entwickelt, das nun auch in der Lage ist, mit sehr hoher Genauigkeit die typischen krankhaften Veränderungen zu erkennen, die durch Covid-19 verursacht werden. Dafür haben wir viele Tausend Fälle eingespeist. Und auch der Schweregrad wird angeben: Wieviel Prozent der Lunge ist befallen. Damit können wir die Versorgung der Patienten beschleunigen und verbessern.“

Die schnelle Reaktion kann gerade bei Covid über Leben und Tod entscheiden. In schweren Fällen verschlechtert sich die Lungenschädigung in ganz kurzer Zeit teilweise dramatisch.

Auch für Covid noch 2020 einsatzbereit

Zur Zeit ist das Software-Modul „Covid Extension“ sozusagen noch in der Ausbildung im Radiologie-Bereich, um die Genauigkeit und Empfindlichkeit zu erhöhen. Noch vor Jahresende soll es in den drei Kliniken einsatzbereit sein. Vorerst als Prototyp, also erstmal nur für Dortmund.

Die Gesamt-Software des Rad Companion ist jedoch in einem permanenten Lernprozess. „Während wir die Software einsetzen, läuft das Training sozusagen im Hintergrund weiter. Es werden täglich mehr Lernbilder eingespielt“, erklärt Ridder. „Mit jedem Update kann die Software auf einen noch größeren Erfahrungsschatz zurückgreifen.“ Zumal sie in dem Bereich der Medizin eingesetzt ist, in dem die häufigsten Röntgen-Aufnahmen gemacht werden. Von 100 Röntgen-Aufnahmen betreffen 60 die Lunge. Es ist die Basis-Untersuchung für sehr viele Fragestellungen.


Patientendaten werden anonymisiert

Natürlich stellt sich auch die Frage nach der Datensicherheit, wenn eine Software Patienten-Aufnahmen verarbeitet. Wo landen die Daten? Wer kennt sie?

„Der gesamte Vorgang läuft vollkommen anonymisiert ab. Der Arzt sendet mit wenigen Klicks die anonymisierte Lungenaufnahme an das Programm“, erklärt der Radiologe den Vorgang. „Die Software arbeitet cloudbasiert und entspricht natürlich den dafür geltenden Sicherheits-Standards. Innerhalb weniger Minuten erhält der Arzt vom System eine Rückmeldung über die möglichen Auffälligkeiten im Bild. Bei einem Treffer gibt es auf einer Skala von 1 bis 10 an, wie sicher es sich in der Diagnose ist. Nur über Codes lässt sich das Bild dann wieder dem Patienten zuordnen.“

Siemens treibt das bereits CE zertifizierte Gesamtprojekt „Rad Companion“ weltweit voran, auch in Nordamerika, Indien, China. „Aber alle Hersteller, nicht nur Siemens, sind dabei, eine solche Software zu entwickeln. Das ist ein Riesenmarkt. Wir hatten das Glück, die ersten in der klinischen Anwendung zu sein, weil wir es mitentwickelt haben“, freut sich Dr. Ridder. „Es ist eine großartige Bereicherung für alle Kollegen und weltweit zukunftweisend für den Einsatz modernster Techniken und Forschungsentwicklungen, um Patienten noch besser und sicherer zu versorgen. Und dass wir das mit entwickeln durften, darauf sind wir auch ein bisschen stolz.“

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