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Into the Future with Metrology - The Challenges of Medical Technology

Eine Sache des Vertrauens

KI in der Medizin läuft sich warm. Aber noch hängt alles daran, ob es gelingt, Vertrauen in die Algorithmen aufzubauen – ein neuer Job auch für die PTB

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28.02.2024

Mithilfe von künstlicher Intelligenz können MRT-Geräte noch schneller gute Bilder liefern. (Foto: Gorodenkoff / Adobe Stock, KI-generiertes Bild)

Mit solchen Herz-MRT-Bildern von 150 Patientinnen und Patienten haben Maik Liebl und sein Team ihr System getestet. Sie sind im Web frei zugänglich. (Ursprünglich stammten sie aus einer Veröffentlichung von O. Benard et al. in IEEE Trans med Imag 37 (11), 2018)

So sieht die Webseite des TraCIM-Systems der PTB aus (Quelle https://tracim.ptb.de)

Was passiert bei der Parkinson-Krankheit im Gehirn? Ist der Herzmuskel vergrößert? Wie groß ist das Blutvolumen, das pro Herzschlag ausgeworfen wird? Solche Fragen lassen sich gut mithilfe eines Magnetresonanztomografen (MRT) klären. Und diese Geräte lassen sich mithilfe von künstlicher Intelligenz (KI) noch viel leistungsfähiger machen. Etwa um schon bei kurzer Aufnahmezeit zwischen zwei Atemzügen gestochen scharfe Bilder des schlagenden Herzens zu bekommen. KI kann auch die ärztliche Arbeit beschleunigen: Früher musste ein Arzt oder eine Ärztin, um Auffälligkeiten der Herzkammern und die Herzfunktion zu untersuchen, verschiedene Bereiche (z. B. Vorhöfe, Hauptkammern und Herzmuskel) von Hand markieren und parallel dazu noch die Herzschlagphase berücksichtigen. Das kann lange kostbare Zeit in Anspruch nehmen – oder von einer KI per Knopfdruck in Sekunden geliefert werden.

„Ärzte oder Ärztinnen brauchen KI-Lösungen, denen sie vertrauen können, am besten nachgewiesen durch objektive Prüfverfahren. “, sagt Maik Liebl. Der PTB-Wissenschaftler stellt auf der Hannover Messe (22. bis 26. April) einen Demonstrator vor, der KI-Algorithmen für die Medizin bewerten kann: „Mit unserem neuen Prüfangebot werden wir den Herstellerfirmen ermöglichen, ihre Algorithmen von uns als neutraler Stelle überprüfen zu lassen. Den Ergebnisbericht können sie dann auf ihre Website stellen und damit werben, welche Qualitätskriterien ihr KI-Algorithmus erreicht“, erklärt Liebl.

Damit bietet die PTB im Grunde dasselbe an, was sie bisher schon rund um Kalibrierungen tut. Die PTB ist als oberste Instanz für die genauesten Messungen fest in das System der Qualitätsinfrastruktur eingebunden – also in die geordneten Strukturen, mit denen hierzulande für gute Messungen und somit gute Produkte gesorgt wird. Aber wie ist das bei dem neuen Feld der KI-unterstützten Messungen? „Naja, eigentlich eindeutig“, sagt Hans Rabus, KI-Experte der PTB. „Wir sind gesetzlich beauftragt, Messgeräte zu überprüfen. Und weil die entsprechenden Gesetze dies sehr technologieoffen formulieren, ist die PTB verpflichtet, bei technologischen Neuentwicklungen ihre Rolle neu zu bewerten. Genau das haben wir beim Thema KI in der Medizin getan. Das Ergebnis hieß: Die PTB hat hier eine wichtige Rolle.“

Es geht um ein topaktuelles und durchaus brisantes Gebiet. Der „Global Risks Report“ des Weltwirtschaftsforums vom Januar 2024 führt KI als eines der größten Risiken für die Wirtschaft auf (wenn hier auch oft von anderen Gebieten als der Medizin gesprochen wird). Und in der neuen EU-Richtlinie EU AI Act, dem weltweit ersten Gesetzespaket für künstliche Intelligenz (das am 2. Februar von den EU-Mitgliedstaaten einstimmig beschlosssen wurde, aber noch von Europaparlament und  der Ratsformation gebilligt werden muss) wird KI in der Medizin als ein Hochrisikogebiet aufgeführt, für das strenge Regeln gelten sollen. Da aber die Bundesregierung verkündet hat, Forschung und Anwendung von KI-Themen in Deutschland und Europa auf ein weltweit führendes Niveau heben zu wollen (siehe KI-Strategie der Bundesregierung, 2020), ist jetzt entschlossenes Handeln gefordert. Es gilt unter anderem, das noch schwächelnde Vertrauen in die künstliche Intelligenz zu stärken.

Und genau darum geht es der PTB mit ihrem Demonstrator für eine KI-Dienstleistung, die sie auf der Hannover Messe allen Interessierten vorstellen will. Der Webservice wird über das bewährte Opens external link in new windowTraCIM-Portal (Traceability for computationally-intensive metrology) angeboten werden, das im Rahmen eines europäischen Projektes entwickelt worden war und bereits seit Jahren in anderen Bereichen etabliert ist. So prüft die PTB erfolgreich Auswertealgorithmen für die Industrie, etwa in der Koordinatenmesstechnik, und hat damit ihre Services weitestgehend digitalisiert. „Wir mussten es nur für den deutlich komplexeren Fall der Prüfung von KI-Algorithmen erweitern“, erläutert Maik Liebl. Seine Arbeit ist Teil des Pilotprojekts "Opens external link in new windowKünstliche Intelligenz in der Medizin" der Initiative Opens external link in new windowQI-Digital.

Dass ihr System funktioniert, haben Liebl und sein Team zunächst mithilfe von öffentlich zugänglichen Daten getestet: Von einem der zahlreichen Wettbewerbe, die „Grand Challenge“ heißen, haben sie sich MRT-Daten heruntergeladen. Es sind Aufnahmen von rechten und linken Herzkammern und dem Myokard, einschließlich einer Bewertung von Medizinern. Im nächsten Schritt wollen sie jetzt einen „goldenen Datensatz“ oder Goldstandard aufbauen – man könnte auch sagen: so etwas wie ein Normal, ein Ding mit bekannten Eigenschaften, an dem Messgeräte kalibriert werden. Dafür brauchen sie klinische Partner bzw. Stakeholder aus der Industrie und Politik. Maik Liebl freut sich auf rege Diskussionen am Messestand, um das wichtige Thema voranzutreiben. „Immerhin sitzen wir alle im selben Boot. Denn der EU AI Act zwingt uns alle, jetzt richtig schnell zu handeln. Ziel ist es, das System in einem Gemeinschaftsprojekt zur Praxisreife zu bringen. Im Grunde kommen wir nur alle gemeinsam voran.“

So ist Maik Liebl sehr gespannt, wer auf der Hannover Messe zu ihm ins Boot steigen wird.
es/ptb


Ansprechpartner
Dr.-Ing. Maik Liebl, PTB-Fachbereich 9.4 Opens internal link in current windowMetrologie für die digitale Transformation, Telefon: (030) 3481-9417, Opens local program for sending emailmaik.liebl(at)ptb.de


Die PTB auf der Hannover Messe: vom 22. bis 26. April auf dem Stand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)

 

Weitere Informationen
Mehr über das TraCIM-Verfahren lesen Sie auf der folgenden Webseite: Opens external link in new windowhttps://www.ptb.de/cms/ptb/fachabteilungen/abt5/fb-53/abg-forschungsvorhaben-530/tracim.html

Ein weiteres Thema der PTB auf der HannoverMesse: ein kostengünstiger, transportabler Magnetresonanztomograf auf der Basis von Open-Source-Hardware (siehe Artikel in diesem Newsletter oder Opens external link in new windowhier)

Homepage des Pilotprojekts Opens external link in new windowKünstliche Intelligenz in der Medizin 

 

Wer sich genauer einlesen will:
Initiates file downloadGlobal Risks Report des Weltwirtschaftsforums vom Januar 2024

EU AI Act: Opens external link in new windowauf den Webseiten des Europaparlaments, Opens external link in new windowPressemitteilung des BMWK vom 2.2.24

Initiates file downloadKI-Strategie der Bundesregierung

Initiates file downloadKI-Strategie der PTB

 

Die PTB-Innovationscluster „Gesundheit“ und „Digitalisierung“
Maschinelles Lernen ist ein großes Zukunftsthema, auch in der Medizin. Gut trainierte KI-Algorithmen erkennen Muster in großen Datenmengen. Damit Patientinnen und Patienten solchen Verfahren ihr Vertrauen schenken, arbeitet die PTB an objektiven Bewertungsmethoden für diese Algorithmen und deren Trainingsdaten. Ihre Innovationscluster „Gesundheit“ und „Digitalisierung“ sind zwei von sechs übergreifenden Clustern zu den großen Fragen der Gegenwart und Zukunft.