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Wiener Chirurgen forschen an Fast-Echtzeit-KI-Unterstützung

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Eine Tumoroperation im Gehirn ist Millimeterarbeit und ein ständiges Abwägen, wo der Tumor endet und gesundes Gewebe beginnt. Mehr als in anderen Organen kann ein Zuviel beim Wegnehmen zentrale Prozesse wie etwa die Fähigkeit zu sprechen oder bewegen beeinträchtigen. Seit kurzem forschen Wiener Neurochirurgen an einer digitalen Gewebebestimmung, die durch Künstliche Intelligenz (KI) unterstützt wird. Das erlaubt Einschätzungen während der OP in wenigen Minuten.

Auf das System kann direkt im Operationssaal zugegriffen und entnommene Gewebeproben analysiert werden. "Mit der bisher üblichen Methode muss die Probe vom OP-Saal auf die Neuropathologie transportiert werden, wo händisch Gewebeschnitte angefertigt, gefärbt und analysiert wurden. Das dauert im internationalen Schnitt ungefähr eine halbe Stunde", so Georg Widhalm von der Universitätsklinik fuhr Neurochirurgie der Medizinischen Universität und des AKH Wien. "Mit dieser neuartigen Technik ist innerhalb von wenigen Minuten ein digitaler Gewebeschnitt verfügbar, der anschließend virtuell von den Neuropathologinnen und Neuropathologen befundet werden kann", sagte Lisa Körner, die ebenfalls auf der von Karl Rössler geleiteten Uniklinik arbeitet, im Gespräch mit der APA.

Dort wird auch an einem KI-System geforscht, das eine erste Einschätzung gibt, ob man es noch mit Tumorgewebe oder schon gesundem Gehirngewebe zu tun hat, und das u. a. federführend von Forschern um Todd Hollon von der University of Michigan (USA) entwickelt wurde. Mit Methoden des maschinellen Lernens werden solche Systeme trainiert, selbstständig wichtige Tumorcharakteristika mit hoher Wahrscheinlichkeit zu erkennen. Je mehr an qualitativ hochwertigen Daten, kombiniert mit den bisher gängigen Methoden, zur Verfügung stehen, desto treffsicherer werden sie in Zukunft.

Am Freitag ist Hollon Gastredner bei einem Symposium mit dem Titel "Digitalisierung und neue KI-Technologien in den Neurowissenschaften" ("Digitalization and new AI technologies in neuroscience"), das an der Meduni stattfinden wird. Die Wiener Gruppe war eine der ersten in Europa, die mit dem digitalen Histologie-KI-System forschte, so Körner und Widhalm. Dementsprechend blickt man seit dem Jahr 2020 bereits auf rund 500 Operationen mit KI-Histopathologie-Einsatz im Rahmen von Forschungsprojekten zurück, an deren Weiterentwicklung das Team auch in enger Kooperation mit der von Romana Höftberger geleiteten Abteilung für Neuropathologie und Neurochemie arbeitet.

Diese KI-Methoden können aber lediglich die Befundung unterstützen. Die Letztentscheidung darüber, womit man es zu tun hat, obliege weiter den menschlichen Experten, betonten die Mediziner. Man nutzt die maschinelle Einschätzung und Einordnung als "Add-on und Hilfe", um den Status im Laufe der Operation möglichst exakt und schnell einschätzen zu können.

Dass der Ansatz gerade in der Neurochirurgie vorangetrieben wird, sei naheliegend. So unterschiedet man heute nämlich rund 120 verschiedene Hirntumor-Arten. Dazu kommt noch, dass die Tumorgrenze vor allem bei hirneigenen Tumoren meist nur sehr schwer erkannt werden kann. Eine Art Sicherheitsabstand kann man sich im Gehirn meistens nicht leisten. Denn hier können die Kollateralschäden schnell groß werden, wenn durch die Entnahme zum Beispiel kognitive Fähigkeiten des Patienten leiden. Aufgrund der vielversprechenden Ergebnisse dieser neuartigen Technik im Bereich des Gehirns werden derartige Systeme mittlerweile auch bei anderen Tumoren, wie etwa im Bereich der Lunge, getestet.

Mit dem Wiener Symposium will man nun den wissenschaftlichen Status quo und künftige Forschungsfragen aufrollen. Zum Beispiel wird Hollon darüber sprechen, inwieweit es mittlerweile möglich ist, auch molekularpathologische Eigenschaften eines Tumors anhand der Bilddaten mittels maschinellen Lernens herauszulesen. Es besteht die Hoffnung, dass die Erstellung der langwierigen molekularen Analysen, die bisher meist mehrere Wochen dauern, mit KI-Unterstützung optimiert und verkürzt werden könnte. Im Bereich der Neurowissenschaften und vor allem der Neurochirurgie werden Teams von verschiedenen Abteilungen in Österreich und Tschechien ihre neuen Digitalisierungs- und KI-gestützten Ansätze vorstellen. Dazu zählen auch Überlegungen zum besseren Planen von OPs mittels Virtueller Realität (VR): "Hier gibt es sehr viel Potenzial. Wir sind hier gerade erst am Beginn", so die Mediziner.

(S E R V I C E - Informationen zum Symposium des Comprehensive Center for Clinical Neurosciences and Mental Health von MedUni Wien und AKH Wien und der Österr. Sektion für Neurochirurgische Onkologie (ANCO): https://cccnmh.meduniwien.ac.at/ai-symposium/; Einschlägige Publikationen: https://dx.doi.org/10.3171/2022.9.FOCUS22429, https://dx.doi.org/10.1038/s41591-023-02252-4 und https://dx.doi.org/10.1038/s41551-016-0027)

ribbon Zusammenfassung
  • Wiener Neurochirurgen forschen an einer digitalen Gewebebestimmung mit KI-Unterstützung, die während der OP in wenigen Minuten Einschätzungen ermöglicht.
  • Das System erlaubt die Analyse von Gewebeproben direkt im Operationssaal, was den Zeitaufwand im Vergleich zur herkömmlichen Methode erheblich verkürzt.
  • Seit 2020 wurden rund 500 Operationen mit dem digitalen Histologie-KI-System durchgeführt, wobei die endgültige Entscheidung über die Gewebeart weiterhin von menschlichen Experten getroffen wird.