Die KI als Assistenzarzt

Diese KI soll helfen, Tumorgewebe als solches zu identifizieren beziehungsweise auf minimal verändertes Gewebe hinzuweisen, das man mit dem bloßen Auge nicht einfach erkennen kann. Dort muss eine Biopsie dann Klärung bringen. Aber wie kann eine künstliche Intelligenz das leisten?

"Das ist genau die zentrale Frage hinter unserem Projekt" , sagt die Forscherin. "Hierzu arbeiten wir mit den Projektpartnern Uniklinikum Aachen und Siemens Healthineers in einem großen Team zusammen, das Experten aus der Medizin und Radiologie, aus der medizinischen Physik und Medizintechnik sowie aus der Informatik – wie meine Gruppe – umfasst."

Die Idee dahinter ist folgende: Die Wissenschaftler trainieren die KI nicht nur mit den herkömmlichen Daten aus der MRT sowie mit Schnittbildern aus der Pathologie, also den angefärbten dünnen Schnitten durch das herausgeschnittene Tumorgewebe, sondern sie nutzen zusätzlich hochaufgelöste Aufnahmen, die mit unterschiedlichen Techniken gewonnen werden. Dazu haben sie einen Datensatz und Gewebeproben von ungefähr 200 Prostatapatienten.

Kombination hochauflösender Verfahren

Neben der normalen MRT kommen insgesamt drei weitere Bildgebungsverfahren zum Einsatz: erstens die sogenannte Ultrahochfeld-MRT, die bei einer Magnetfeldstärke von sieben Tesla arbeitet und dadurch nochmals deutlich feinere Bilder liefern kann. Zweitens eine aufwendige Form der Histologie. Hierbei wird die ganze Prostata in feine Scheiben geschnitten und untersucht.

Und drittens nutzt das Team die Synchrotron-Röntgenstrahlung, wie sie am Forschungszentrum ESRF in Grenoble zur Verfügung steht. "Dies ist die derzeit brillanteste Quelle weltweit für solche Strahlung" , sagt Debus. Sie liefert extrem starke Röntgenstrahlung in Laserqualität, die sich für eine Vielzahl von Untersuchungen eignet.

Mit dieser Strahlung lässt sich der Prostatakrebs haarscharf durchleuchten. "Auch hier wird – wie bei der Histologie – mit dem entnommenen Organ gearbeitet" , erklärt die Wissenschaftlerin. "Diese Strahlung wäre viel zu intensiv, um sie wie bei einer Computertomographie am lebenden Patienten einzusetzen."

Extrem starke Röntgenstrahlung in Laserqualität

Das Prinzip ist aber ähnlich: Die Prostata wird mit Röntgenstrahlung durchleuchtet. Aufgrund der Laserqualität der Synchrotronstrahlung kann man sogar die Phaseninformation nutzen. Ähnlich wie bei einer Sonnenbrille mit polarisierten Gläsern sorgt das für zusätzlichen Kontrast im Bild.

Insgesamt liefern diese Aufnahmen mit Synchrotronstrahlung extrem scharfe Bilder, mit einer Auflösung von rund 10 Mikrometern. Das ist gut eine Größenordnung besser als eine herkömmliche MRT oder Computertomographie.