IDF: Mit Rechenleistung gegen Hautkrebs

Forschungsstudie vergleicht Digitalfotos mit Hautkrebsdatenbank

Am Vortag des aktuellen "Intel Developer Forums" in San Francisco haben Intel-Forscher ein nahezu marktreifes System zur besseren Diagnose von Hautkrebs gezeigt. Das Konzept arbeitet nicht nur mit herkömmlicher Bilderkennung, sondern mit einer sich immer wieder selbst neu konfigurierenden Datenbank.

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DermFind
DermFind
Das Programm "DermFind" soll neben den inzwischen schon käuflichen Lösungen zur Erkennung von Hautkrebs Dermatologen dabei unterstützen, die oft harmlos aussehenden "Leberflecke" als die bösartigen Geschwüre zu erkennen, die sie manchmal darstellen. Dabei steht die Diagnose im Vordergrund, also die Frage, ob es sich bei den dunklen Stellen der Haut wirklich um Krebs handelt.

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Bisher arbeiten die meisten Hautärzte dafür mit einem beleuchteten Aufsichtmikroskop, dem Dermatoskop. Sie verlassen sich dabei auf ihre Erfahrung und gedruckte Vergleichstabellen. In Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum von Pittsburgh hat Intel nun ein System entwickelt, das den Dermatologen aufgrund eines Digitalfotos der verdächtigen Hautpartie in Windeseile Vergleichsfotos von anderen Patienten vorlegt.

DermFind
DermFind
Schon für die Erfassung unter stets gleichen Lichtbedingungen auf eine Art und Weise, die Ärzte vom Ablauf her kennen, war hier Bastelarbeit nötig. Einer herkömmlichen Canon-Kamera wurde schlicht ein Dermatoskop aufgepropft, der Doktor sieht also statt durch die Linse des Mikroskops auf das Display der Kamera. Das Foto schickt die Kamera per WLAN an einen "Mobile Clinical Assistant" (MCA), Intels Tablet-PC für Krankenhäuser. Dort kann das Bild kontrolliert werden und dient in der starken Vergrößerung - ein 3-mm-Fleck hat dann einen Durchmesser von 12 cm - schon für eine erste Diagnose.

Der MCA kann das Bild auch an eine Workstation funken, die dann die Bildanalyse steuert. Dort sitzt in der Regel der Arzt; die Hautstörungen abfotografieren kann mit der sehr einfachen Bedienung des Systems auch eine Krankenschwester. Auf der Workstation läuft das Programm "DermFind". Seine Aufgabe klingt nach heutigem Stand der Softwaretechnik trivial: Finde andere Fotos in einer Datenbank, die dem neuen Bild möglichst ähnlich sind.

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Diagnose von Hautkrebs
Diagnose von Hautkrebs
Anders als beispielsweise bei der Gesichtserkennung, also der Aufgabe "Finde alle Bilder von Herrn XY", ändern sich die Parameter der Suche hier aber ständig.

So kann der Arzt Bereiche der Flecke markieren, die ihm verdächtig vorkommen, oder nach bestimmten Strukturen, Farben oder Helligkeitsverteilungen. Auf dem hier abgebildeten Fleck - er ist im Übrigen harmlos - zeigt sich beispielsweise, dass sich nur oben links dunklere Bereiche finden. Mit bloßem Auge sieht die Stelle völlig gleichmäßig aus. Nach diesem dunklen Bereich kann man nach einer ersten Auswahl in Vergleichsbildern weiter suchen und die Suchparameter so immer weiter einengen.

In den Vorführungen dauerte das Durchsuchen von 11.000 Bildern nach fünf Parametern 10 bis 20 Sekunden auf einem einzelnen Quad-Core-Xeon. Mit einem Cluster aus elf solcher Server soll das in den Intel-Labors in weniger als einer Sekunde klappen, erklärten die Wissenschaftler. Eine einfache Indizierung nach Eigenschaften der Bilder ist dabei wenig hilfreich, weil jeder Arzt nach anderen Systemen sucht, stellte sich bei den Versuchen mit Dermatologen heraus.

Das Entscheidende ist dabei nicht nur die Suche, sondern auch die genaue Beschreibung der Bilder. Nur "Hautkrebs: Ja/Nein" ist für den Arzt nur wenig hilfreich, auch der Verlauf der Entwicklung eines Flecks ist wichtig, da sich manche Stellen erst nach Jahren zum malignen Melanom, dem Hautkrebs, entwickeln. Manche wandern auch über den Körper, zum Teil mehrere Zentimeter weit.

Je mehr Bilder zur Verfügung stehen, desto präziser kann die Auswahl erfolgen. Der Traum der Intel-Forscher ist folglich eine weltweite, einheitliche Datenbank. In dieser können dann aber nur noch Serverfarmen wie eine Art Hautkrebs-Google sinnvoll suchen. Fraglich ist nicht, ob sich solche Technologien sinnvoll nutzen lassen, sondern vor allem, welche Gesundheitsorganisationen diese Infrastruktur bezahlen können. Intel betrachtet seine Arbeit bisher nur als Machbarkeitsstudie, die Produkte, die daraus entstehen, will man anderen überlassen.

Neben diesem Beispiel für "Terascale-Computing" zeigte Intel in San Francisco auch noch Studien zu anderen Anwendungen, bei denen Rechenleistung im Teraflops-Bereich benötigt wird. Eine neue Forschungsinitiative dafür nennt sich "Connected Visual Computing". Intel denkt hierbei nicht nur an virtuelle Welten, die grafisch weit über ein Second Life oder World of Warcraft hinausgehen. Vielmehr sollen mobile Geräte die Umgebung erkennen und ihre Besitzer beispielsweise darauf hinweisen, wenn ein Freund auf der anderen Straßenseite vorbeigeht - ob dieser dann aber auch angesprochen wird, darf zum Glück der Mensch entscheiden.

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