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Algorithmen sind heute bereits in der Lage, anhand der Aufnahmen von bildgebenden Verfahren Diagnosen zu stellen.

Wissenschaftsjahr 2019

Zeitenwende in der Medizin

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Das Wissenschaftsjahr 2019 ist der Künstlichen Intelligenz gewidmet. Deren Fortschritte bringen auch für die Diagnostik und Therapie von Krankheiten einschneidende Veränderungen.

Ein Ausblick in das Jahr – sagen wir einmal – 2030: Ein Mann entdeckt auf seinem Arm einen ihm dubios erscheinenden Leberfleck. Um ihn abzuklären, konsultiert er keinen Arzt, sondern eine Maschine. Diese analysiert die auffällige Stelle und gibt Entwarnung. Oder: Eine Frau ertastet einen Knoten in ihrer Brust. Sie lässt eine Mammographie machen. Ein Computer bewertet die Bilder und kommt zum Ergebnis: Es ist Krebs. Gewebe wird entnommen und ebenfalls von einem Computer begutachtet. Er bestätigt die Diagnose, liefert einen Therapievorschlag und eine Prognose, wie die Krankheit weiter verlaufen wird.

Vermutlich wird es nicht einmal zehn Jahre dauern, bis solche Szenarien Realität sind. Getestet werden sie bereits. So ließen Wissenschaftler des Universitätsklinikums Heidelberg um den Dermatologen Holger Hänßle erfahrene Hautärzte gegen einen Computer antreten. Es galt, Fotos von Leberflecken zu beurteilen und einzuschätzen, ob sich daraus Schwarzer Hautkrebs entwickeln wird. Die Menschen verloren gegen die Maschine: Der Computer erkannte 95 Prozent der Melanome, die Dermatologen nur 89 Prozent.

Das Wissenschaftsjahr 2019 ist der Künstlichen Intelligenz (KI) gewidmet. Als Schlüsseltechnologie der nahen Zukunft wird sie oft im Zusammenhang mit autonomem Fahren, Haushaltsgeräten oder Pflegerobotern genannt. Doch die Künstliche Intelligenz bringt auch einschneidende Veränderungen für die Medizin mit sich, manche sprechen sogar von einer Zeitenwende. Kürzlich widmeten sich die Teilnehmer eines internationalen Kongresses am Universitätsklinikum Essen den Entwicklungen und Auswirkungen der lernenden Systeme für die eigene Arbeit.

Ethische Fragen

Ein Thema mit vielen Facetten, das ethische Fragen und solche nach dem Schutz sensibler Patientendaten aufwirft – wird man bald gläsern sein bis in den letzten Zellkern? Ein Thema, das auch Ängste vor einer entmenschlichten Medizin weckt. In einer repräsentativen Umfrage ermittelten die Körber-Stiftung und die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, dass 81 Prozent der Bürger es als sinnvoll ansehen, wenn ein Mediziner die Diagnose vor allem auf Basis seiner Erfahrung stellt. Nur jeder Fünfte vertraut dem Computer demnach mehr als dem Arzt.

Mediziner, die eine Integration der KI in ihr Fach befürworten, betonen, dass der Arzt nicht überflüssig, sondern entlastet und sicherer in seiner Entscheidung wird. Dass er sich auf wichtige Aufgaben und den Kontakt mit den Patienten konzentrieren kann. „Medizin war stets einem Wandel unterzogen, immer haben neue Technologien alte abgelöst“, sagt Michael Forsting, Direktor des Instituts für Diagnostische und Interventionelle Radiologie und Neuroradiologie am Universitätsklinikum Essen: „Heute trinkt auch kein Arzt mehr Urin, um den Zuckergehalt darin festzustellen. Sicher wird es Bereiche geben, in denen man den Arzt als Wissensträger der Medizin weniger braucht als heute. Das ist nichts Dramatisches.“ Bereits in vollem Gange ist die Metamorphose in der Radiologie. „Computer helfen uns schon seit 20 Jahren“, sagt Forsting. „Der Unterschied zur Künstlichen Intelligenz besteht darin, dass man bislang immer eine Hypothese gebraucht hat. Das benötigen die neuen Algorithmen nicht mehr.“

Um das Ausmaß des Umbruchs zu ermessen, muss man wissen, was die KI von herkömmlichen Computersystemen unterscheidet: Es handelt sich um lernende Maschinen auf der Basis komplexer neuronaler Netze, die biologischen Vorbildern nachempfunden sind. Wie diese sind sie in der Lage, ihre Aufgaben selbstständig und unter sich ändernden Bedingungen zu erfüllen. Um das leisten zu können, müssen die Systeme jedoch vorher trainiert werden. Als Grundlage dafür dienen Daten, die Menschen ihnen eingeben. Durch das Einspeisen neuer Informationen – das können weitere Patientenfälle, aber auch Studienergebnisse sein – lässt sich das Wissen der Maschine ständig erweitern.

Auf dem Gebiet der Radiologie würde ein solches System Aufnahmen von Tumoren, Bandscheibenvorfällen oder anderen Erkrankungen, die mit bildgebenden Verfahren sichtbar gemacht werden können, in aller verfügbaren Variationsbreite gezeigt bekommen. „Die Leistungsfähigkeit steht und fällt also mit der Qualität der Daten – und darin besteht auch das größte Problem“, sagt Forsting.

„Den Algorithmus kann man kaufen, das ist nicht die Schwierigkeit. Aber ich kann einen Super-Algorithmus besitzen – wenn ich ihm falsche Daten eingebe und damit trainiere, kommt es zu Fehldiagnosen.“ Der Essener Radiologe verlässt sich bei der Umstellung in seinem Institut deshalb nur auf Daten aus dem eigenen Haus. „Es ist nicht nötig, Millionen von Daten zu haben, man kommt auch mit einigen tausend aus, Hauptsache, sie sind gut.“

Computer kann dem Radiologen die Arbeit abnehmen

Bei Routineaufgaben, die viel Zeit fressen, könne der Computer bereits heute einem Radiologen komplett die Arbeit abnehmen, sagt Forsting. Dazu gehört die Bestimmung des Knochenalters, „eine häufige Untersuchung, für die man normalerweise in einem Atlas nachschauen muss, welche Bilder übereinstimmen“. Auch Verlaufskontrollen, etwa bei einem Bandscheibenvorfall oder der Größe eines Tumors, könnten Algorithmen selbständig übernehmen.

Bei Erstdiagnosen von schweren Erkrankungen wie Krebs werden lernende Systeme zumindest in den nächsten Jahren nicht ohne einen Mensch als Partner – und letzte Instanz – arbeiten. Gleichwohl gilt die Diagnostik als Bereich, in dem das Potenzial Künstlicher Intelligenz besonders effektiv ausgenutzt werden kann. Jochen Werner, Ärztlicher Direktor des Universitätsklinikums Essen, sieht die Zukunft in einem „gemeinsamen Pool von Daten aus Radiologie, Pathologie und Nuklearmedizin“, die dann miteinander kombiniert werden. „In den USA gibt es bereits Institutionen, wo diese drei Fächer keine separaten Bereiche mehr sind, sondern in einer Art Superdiagnostik zusammengefasst sind. Wir in Deutschland sollten diesen Weg auch gehen. Das wird die Diagnostik schneller und besser machen.“ Zusätzlich, so Werner, könnten noch Informationen aus der Humangenetik einfließen.

Künstliche Intelligenzen können den Ärzten auch Therapieempfehlungen geben. Die eigentliche Entscheidung sollte aber in der Hand des Arztes bleiben, der gleichsam als „Mediator zwischen Mensch und Technologie“ fungieren könne, schreibt Clemens Cyran, Oberarzt an der Klinik und Poliklinik für Radiologie am Klinikum der Universität München, im Fachmagazin „Radiologie“. „Menschen möchten von Menschen behandelt werden und nicht von Computern.“

Eine Disziplin, in der computergesteuerte Systeme bereits Einzug gehalten haben, ist die Chirurgie. Roboterassistenten operieren seit Jahren unter anderem gut- und bösartige Tumore an Prostata, Nieren, Eierstöcken und Gebärmutter, an der Lunge oder im Hals-Nasen-Ohren-Bereich. Allerdings handelt es sich bei ihnen nicht um Künstliche Intelligenz. „Im Prinzip sind das eher hochentwickelte Instrumente, die von einem menschlichen Chirurgen an der Konsole gesteuert werden“, erläutert Werner. Derzeit sei nicht vorstellbar, dass solche Maschinen „autark operieren“. „Aber vielleicht übernehmen sie eines Tages Teile einer Operation – etwa in kritischen Körperregionen mit vielen Gefäßen, die nicht verletzt werden dürfen“. Da seien Roboter im Vorteil, weil sie präziser und zitterfrei arbeiten könnten. „In solche Systeme müsste dann ein Datensatz mit der Erfahrung aller Maschinen dieses Robotertyps eingebracht werden.“

Künstliche Intelligenz in der Kardiologie und bei Notfällen

Häufig stehen beim Einsatz von Künstlicher Intelligenz in der Medizin Tumore im Fokus. Aber auch in der Kardiologie und bei Notfällen werde sie eine zunehmend wichtige Rolle spielen, sagt Werner. So ließe sich die Arbeit in Zentralen Notaufnahmen von Krankenhäusern verbessern, wenn bei Ankunft eines Patienten bereits die Daten aus dem Rettungswagen vorlägen und Computer bei der Diagnose und der Planung der Therapie helfen würden. Technisch sei das bereits möglich.

Das größte Potenzial sehen die KI-Experten allerdings in einem Bereich, auf den Laien wohl kaum kommen würden: in der Psychiatrie und Psychotherapie. „Da wird ein ganz großer Umbruch kommen“, sagt Jochen Werner. Er geht davon aus, dass sich mit KI zum Beispiel eine Depression oder eine Schizophrenie schneller feststellen lassen.

Andreas Meyer-Lindenberg, Direktor des Zentralinstituts für Seelische Gesundheit in Mannheim findet diese Vorstellung nicht abwegig. Es sei gut möglich, dass eine Maschine solche psychischen Erkrankungen besser diagnostizieren könne als der Mensch. „Nachgewiesen ist das allerdings noch nicht.“ In jedem Fall aber werde die sprechende Medizin in „besonderem Maße“ von neuen digitalen Möglichkeiten profitieren. So ließen sich etwa soziale Netzwerke nutzen, um Anzeichen von Suizidgedanken zu erkennen. Bei episodisch verlaufenden Erkrankungen wie der bipolaren Störung könnte das Smartphone über das Verhalten des Nutzers „Frühwarnzeichen“ liefern, die auf einen manischen Schub hindeuten, erläutert der Psychiater.

Auch bei einer Verhaltenstherapie könnte eine App auf dem Handy unterstützend wirken – etwa, wenn es das Ziel ist, bestimmte Ängste abzubauen, sagt der Mediziner: „Über das Handy bekäme der Patient dann zum Beispiel die Aufgabe, sich in eine Situation zu begeben, in der er seine Höhenangst überwinden muss.“ Auch bei der Therapie von Abhängigkeiten ließe sich eine App einsetzen: „Sie würde dann intervenieren, wenn sich jemand einer Spielhalle nähert“, veranschaulicht Meyer-Lindenberg.

Sogar Programme, mit der sich an der Tonalität und Veränderungen der Stimme oder an der Mimik innere Zustände ablesen lassen, gebe es bereits, sagt Jochen Werner. In Deutschland seien sie noch nicht gebräuchlich. In China allerdings würden sie schon eingesetzt – weniger in der Medizin, sondern von Firmen. Eine Vorstellung, die Unbehagen auslöst: „Die Gefahr des Missbrauchs ist nicht zu leugnen“, sagt Werner. „Man muss sich genau überlegen, bis wohin man gehen will, wo man die Grenze setzt. Wie man kriminelle Energie in diesem Bereich ausbremsen kann. Das wird bislang viel zu wenig diskutiert.“

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