Krebsfrüherkennung mittels Künstlicher Intelligenz

... wie lernende Systeme Ärzte unterstützen und Entdeckungsraten erhöhen

Systeme Künstlicher Intelligenz entwickeln sich derzeit auch in der Medizin rasant und lösen vielfach Hoffnung, aber mitunter auch Ängste aus. Fest steht: Die Medizin wird sich durch KI in den kommenden Jahren in vielen Aspekten verändern.

Aktuelle Studien zeigen jetzt bereits, welches große Potential die lernfähigen Systeme etwa bei der Früherkennung von Krebserkrankungen des Magen-Darm-Traktes haben. Bei der Darmspiegelung entdecken diese nicht nur mehr auffällige Veränderungen im Darm im Vergleich zu Ärzten, sie sind auch in der Lage in Echtzeit und mit hoher Treffsicherheit Darmkrebsvorstufen von harmlosen Wucherungen zu unterscheiden.

Auch bei der Früherkennung andere Krebserkrankungen des Magen-Darm-Trakts, etwa beim Speiseröhrenkrebs, zeigen KI-Systeme in aktuellen Studien vielversprechende Ergebnisse. Auf der Pressekonferenz zur Viszeralmedizin 2019 berichteten Experten über die Chancen und Grenzen der Künstlichen Intelligenz in der Früherkennung von Krebserkrankungen des Verdauungstrakts.
 
Jedes Jahr erkranken in Deutschland etwa 60.000 Menschen an Darmkrebs. Ein Großteil dieser Fälle wäre vermeidbar, wenn Vorsorgeuntersuchungen besser genutzt würden. Denn die Vorsorgekoloskopie zur Früherkennung von Darmkrebs gehört zu den effektivsten Früherkennungsmaßnahmen in der Medizin.

Bei der Darmspiegelung sucht der Arzt verdächtige Wucherungen, sogenannte Polypen, und entfernt diese, bevor daraus Krebs entstehen kann.

Ob sämtliche Polypen gefunden werden, hängt unter anderem von Erfahrung und Aufmerksamkeit des untersuchenden Arztes ab. Hinzu kommt, dass sich nicht aus jedem Polyp Krebs entwickelt – viele der Wucherungen sind harmlos.

Aktuell müssen diese sicherheitshalber trotzdem alle entfernt und im Labor analysiert werden. An dieser Stelle kommen KI-Systeme ins Spiel: Sie übermitteln während der Darmspiegelung Bilder aus dem Inneren des Darms in hundertfacher Vergrößerung an einen Computer.

Eine lernfähige Software sucht dann nach verdächtigen Wucherungen. „Eines dieser lernfähigen Systeme erkannte nach einem Training an 8641 Bildern etwa 20 Prozent mehr Polypen im Vergleich zu Endoskopikern“, sagt Professor Dr. med. Ralf Jakobs, Vorsitzender der Sektion Endoskopie der Deutschen Gesellschaft für Gastroenterologie, Verdauungs- und Stoffwechselkrankheiten (DGVS) und Direktor der Medizinischen Klinik C am Klinikum Ludwigshafen.

„Die diagnostische Genauigkeit („accuracy“), also die Fähigkeit des Systems, sowohl einen pathologischen als auch einen nicht-pathologischen Zustand jeweils als solchen richtig zu identifizieren und voneinander zu unterscheiden, lag – dabei, zumindest unter Studienbedingungen, bei 96 Prozent – und dies in Echtzeit, also unmittelbar während der Untersuchung“, so Jakobs.

Auch bei der Früherkennung anderen Krebserkrankungen des Magen-Darm-Trakts liefern Systeme Künstlicher Intelligenz vielversprechende Ergebnisse, zeigen aktuelle Studien.

Ein Beispiel:
Tumoren der Speiseröhre. Etwa 5700 Männer und 1700 Frauen sind nach Schätzungen des Robert Koch-Instituts im Jahr 2018 neu an Speiseröhrenkrebs erkrankt – Tendenz steigend.

Chinesische Forscher zeigten in einer aktuellen Untersuchung:
Bei der Erkennung von frühen Formen des sogenannten Plattenepithelkarzinoms, einer Form des Speiseröhrenkrebs, erreichen KI-Systeme eine Entdeckungsrate von 97,8 Prozent und eine diagnostische Genauigkeit von 91,4 Prozent.

„Ein positiver Nebeneffekt war zudem, dass insbesondere unerfahrene Untersucher nach einer Unterstützungsphase mit KI so gut trainiert waren, dass sie anschließend auch ohne das KI-System eine deutlich bessere diagnostische Ausbeute erzielten als zuvor“, so Jakobs.

Auch bei der Entdeckung von Magenfrühkarzinomen zeigte sich das Potential der KI: In einer aktuellen Studie erreichte das System eine Entdeckungsrate von 94 Prozent und eine diagnostische Genauigkeit von 92,5 Prozent.

„Die zunehmende Etablierung und Verbreitung dieser neuen Techniken bietet ein großes Potential, die Erkennungsquote von Krebsvorläufern und frühen Krebsformen des Magen-Darm-Trakts zu steigern – alles deutet darauf hin, dass damit die Vorsorge und Früherkennung noch effektiver und besser werden wird“, sagt Jakobs.

In welchem Ausmaß die bessere Erkennung der überwiegend kleinen Krebsvorläufer durch KI auch zu einer weiteren Reduktion der Sterblichkeit führen wird, müssten jedoch Untersuchungen der Zukunft zeigen. Denn aktuell seien die Systeme noch nicht oder nicht lange genug in der regulären Versorgung etabliert, um diese Frage zu beantworten.

Das erste KI-System zur Früherkennung von Darmkrebs ist in Deutschland seit kurzem im Markt eingeführt und wird in der klinischen Versorgung eingesetzt. KI-Systeme für die Erkennung anderer Krebsarten werden derzeit noch in Studien getestet, sind also noch nicht in der regulären Patientenversorgung verfügbar.

Quelle:
Viszeralmedizin - www.viszeralmedizin.com

Literatur:
-Urban G, Tripathi P, Alkayali T. et al.: Deep learning localizes and identifies polyps in real time with 96% accuracy in screening colonoscopy. Gastroenterology 2018; 155: 1069–1078.

-Cai SL, Li B, Tan WM, Niu XJ et al.:  Using deep learning system in endoscopy for screening of early esophageal squamous cell carcinoma (with video). Gastrointest Endosc 2019: S0016-5107(19)32051-6. doi: 10.1016/j.gie.2019.06.044.

-Wu L, Zhou W, Wan X, Zhang J et al. A deep neural network improves endoscopic detection of early gastric cancer without blind spots. Endoscopy 2019; 51: 522–531; DOI https://doi.org/10.1055/a-0855-3532.