KI-basiertes Training zur Erkennung und Klassifikation von Tumoren in der Endoskopie am Modell
Team
Die Arbeitsgruppe ist ein interprofessionelles Team unter der Leitung von Prof. Dr. med. Alexander Hann am Universitätsklinikum Würzburg. Es vereint Mitarbeitende aus den Bereichen der Medizin, der Ingenieurswissenschaften, Informatik und Serious Games mit Fokus auf angewandte KI im klinischen Alltag und zur Weiterbildung (Abbildung 1).
Abbildung 1: Mitglieder der Arbeitsgruppe (links), Valentin Wettstein, Assistenzarzt in der Gastroenterologie der Medizinischen Klinik II (rechts)
Motivation und Innovation
Durch die Partizipation von Ärztinnen und Ärzten an der Arbeitsgruppe werden Probleme aus der täglichen Patientenversorgung und aus der Aus- und Weiterbildung direkt aufgegriffen. In direktem Kontakt mit Teammitgliedern aus den Bereichen Informatik, Mathematik und Ingenieurswissenschaften werden dann Lösungen in der Gruppe erarbeitet. Das Ziel bleibt dabei immer, den Patientinnen und Patienten in der Klinik direkt helfen zu können. In dem hier vorliegenden Projekt wird Valentin Wettstein, Assistenzarzt in der Gastroenterologie des Universitätsklinikums Würzburg, die medizinischen Aspekte des Projekts koordinieren.
Abbildung 2: Endoskopieturm zum Training (links), Simulator für die Magenspiegelung (rechts)
Welche Ziele verfolgt das Projekt?
Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer KI-basierten Technologie, die die Oberflächen silikonbasierter Endoskopiesimulatoren lebendig erscheinen lässt und auf diesen Oberflächen an zufälligen Stellen Tumore des Magen-Darm-Traktes in verschiedenen Ausprägungen projiziert. Durch diese innovative Technologie wollen wir das endoskopische Training so verbessern, dass junge Ärztinnen und Ärzte Tumore des Gastrointestinaltrakts schneller erkennen und Abhängig des Ausprägungsgrades korrekt klassifizieren können. Im Anschluss soll die Software der Öffentlichkeit frei zur Verfügung gestellt werden, um die Ausbildung von Ärztinnen und Ärzten zu fördern.
Abbildung 3: Silikonmodel (oben links), lebendig anmutende KI-generierte Schleimhautoberfläche (oben rechts), Projizierter Darmtumor (unten)
Ansatz des Forschungsprojektes
Die Endoskopie spielt heute eine zentrale Rolle in der Prävention, Diagnose und Therapie von Krebserkrankungen des Magen-Darm-Trakts. Während diese Erkrankungen früher vor allem chirurgisch behandelt wurden, ermöglicht es die moderne Technik heute, bestimmte Tumore im Magen und Darm minimalinvasiv endoskopisch zu entfernen. Diese Behandlungsmöglichkeit führt zu kürzeren Krankenhausaufenthalten und einer besseren Erhaltung der Lebensqualität der Patienten. Allerdings ist eine präzise Tumorerkennung unerlässlich, um diese Behandlungsmethode zu ermöglichen. Da Tumore im Vergleich zu Normalbefunden jedoch nur selten Auftreten, ist ihre Diagnose in der Weiterbildung nur schwer zu üben.
Trotz ihrer weiten Verbreitung in nahezu jeder Klinik, die Endoskopien durchführt, werden silikonbasierte Endoskopiesimulatoren häufig nur in den ersten zwei Tagen der Ausbildung genutzt. Hauptsächlich liegt das daran, dass die Oberflächen künstlich und statisch wirken. Zudem fehlt die Möglichkeit, realistisch pathologische Veränderungen wie Tumore zu simulieren.
Im Rahmen anderer Projekte ist es uns bereits gelungen, gefäßarme Schleimhäute - ähnlich wie bei Silikonmodellen - so zu verändern, dass sie dank eines Gefäßmusters deutlich realistischer wirken (Abbildung 3). Wir haben bereits über 3.000 Bilder gastrointerstinaler Tumore in verschiedenen Ausprägung, Größen und Morphologien gesammelt und planen, auf Basis von künstlicher Intelligenz, diese Tumore in Echtzeit auf die Silikonoberfläche zu projizieren. Unser Ziel ist es, Anfängern die Möglichkeit zu bieten die Identifikation von Krebserkrankungen des Magen-Darm-Trakts realistisch zu trainieren. Darüber hinaus können sie die Klassifikation hinsichtlich Größe und Morphologie üben, was entscheidend für die Wahl der geeigneten Therapieform ist.
Welche Krebserkrankung soll behandelt werden?
Krebserkrankungen des Gastrointestinaltrakts gehören weltweit zu den häufigsten Krebsarten. Magen- und Darmspiegelungen spielen eine zentrale Rolle in der Prävention, Diagnostik und Behandlung dieser Erkrankungen. Hier soll im Rahmen der Ausbildung von Ärztinnen und Ärzten die Erkennung von Speiseröhrenkrebs, Magenkrebs und Darmkrebs verbessert werden.
Warum soll das Forschungsprojekt unterstützt werden?
Die Expertise des Untersuchenden ist essentiell für die Qualitätssicherung endoskopischer Untersuchungen wie Magen- und Darmspiegelungen. Ressourcen für die Ausbildung angehender Gastroenterologen sind jedoch limitiert. Abgesehen vom Training am echten Patienten bietet das Training an Endoskopiesimulatoren keine realistische Alternative. Die Entwicklung einer KI, die Silikonoberflächen realistisch erscheinen lässt und die Möglichkeit bietet, Tumore des Gastroinestinaltrakes in Echtzeit zu projizieren, könnte die Qualität des endoskopischen Trainings deutlich verbessern.