Magenspiegelung: Künstliche Intelligenz soll bei Diagnostik helfen

24.06.2024

Ein tschechisch-bayerisches Forschungsteam arbeitet daran, eine Künstliche Intelligenz als Spezialistin für Magenspiegelungen zu entwickeln. Die KI soll Ärztinnen und Ärzte bei Diagnosen unterstützen.

Dieses bei einer Magenspiegelung gewonnene Bild zeigt eine Entzündung der Speiseröhre am Übergang zum Magen. (Bild: Simula / Kvasir)

Bei einer Magenspiegelung (Gastroskopie) werden die Speiseröhre, der Magen und der Zwölffingerdarm mit einem Endoskop untersucht. Das ist ein dünner, biegsamer Schlauch mit einem Licht und einer Kamera an der Spitze. Das Endoskop wird durch den Mund bis in den Magen geführt. Anhand der Kameraaufnahmen können Ärztinnen und Ärzte den Gesundheitszustand beurteilen und bei Bedarf Gewebeproben entnehmen.

Magenspiegelungen werden sehr häufig durchgeführt; sie sind wichtig für die Diagnose und Behandlung vieler Erkrankungen. Mit ihnen lassen sich zum Beispiel Magenentzündungen, Geschwüre oder Tumoren aufspüren. Doch einfach ist das nicht, besonders nicht für medizinische Anfängerinnen und Anfänger: Um auf den Kamerabildern Auffälligkeiten oder Krankheiten sicher identifizieren zu können, ist umfassendes medizinisches Wissen und Erfahrung nötig.

224.000 Euro vom Freistaat Bayern

Das neue internationale Forschungsprojekt GI-Insight (GI steht für Gastroscopy Intelligence) zielt deshalb darauf ab, Magenspiegelungen noch präziser und sicherer zu machen: Forschende der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg und der Karls-Universität Prag wollen neue Technologien der Künstlichen Intelligenz (KI) entwickeln, die Ärztinnen und Ärzte direkt während einer Gastroskopie unterstützen. Die KI soll beispielsweise helfen, Krankheiten zielsicherer zu erkennen oder besser beurteilen zu können, ob die Entnahme von Gewebeproben nötig ist.

Der JMU-Informatiker Dr. Adrian Krenzer kooperiert bei dem Projekt mit dem Prager Linguistik-Professor Pavel Pecina. Das bayerische Wissenschaftsministerium fördert den Würzburger Projektteil im Rahmen des Programms „Joint Czech-Bavarian Research Projects 2024-2026“ mit 224.000 Euro. GI-Insight startet am 1. Juli 2024 und läuft zweieinhalb Jahre.

Aufwändige Vorbereitung der Trainingsdaten vereinfachen

„Damit eine KI anhand von Bildern aus dem Magen zuverlässig Auffälligkeiten erkennen und klassifizieren kann, muss sie mit vielen Daten trainiert werden“, sagt Adrian Krenzer. Eine Herausforderung sei dabei die Annotation der Trainingsdaten: Eine Person, am besten eine Fachärztin oder ein Facharzt, muss sich sehr viele einzelne Bilder von Magengeschwüren oder anderen Magenkrankheiten vornehmen und möglichst detailliert beschreiben, was auf jedem einzelnen Bild zu sehen ist.

„In unserem Projekt wollen wir zum einen eine KI entwickeln, die dem Menschen diese zeitaufwändige Annotationsarbeit weitgehend abnimmt“, erklärt der Würzburger Informatiker. Darum kümmert sich der Projektpartner aus Prag: Pavel Pecina setzt die Methode des Natural Language Processing ein, um umfangreiche schriftliche ärztliche Befunde mit den dazugehörenden gastroskopischen Aufnahmen zu verknüpfen und in einer Datenbank zu sammeln.

Kooperationspartner am Uniklinikum Würzburg

Auf Basis der KI-annotierten Trainingsdaten vom tschechischen Team wird das Team von Adrian Krenzer dann das eigentliche Training der KI in Angriff nehmen. Bis Ende 2026 soll ein Produktprototyp vorliegen, der während einer gastroskopischen Untersuchung in Echtzeit verschiedene Krankheiten identifizieren kann. Nach seiner Validierung soll der Prototyp testweise am Universitätsklinikum Würzburg eingesetzt werden.

Ob die Ergebnisse der KI aus medizinisch-fachlicher Sicht passen, wird dann von Alexander Hann überprüft, Professor für digitale Transformation am Lehrstuhl für Gastroenterologie des Universitätsklinikums Würzburg. Der Experte kooperiert schon seit längerem mit dem JMU-Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz und Wissenssysteme um Professor Frank Puppe.

Das bayerisch-tschechische Förderprogramm

Das Programm „Joint Czech-Bavarian Research Projects 2024-2026“ soll insbesondere junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus beiden Ländern vernetzen und sie zu weiteren Kooperationen auf nationaler und internationaler Ebene ermutigen. Für Bayern wird es im Auftrag des Wissenschaftsministeriums durch die Bayerisch-Tschechische Hochschulagentur verwaltet, für Tschechien vom dortigen Bildungsministerium. Die jetzt aus insgesamt 96 Vorschlägen ausgewählten 15 neuen Projekte werden insgesamt mit rund 3,5 Millionen Euro von bayerischer und einem entsprechenden Volumen auf tschechischer Seite gefördert.