MEDICO – intelligente Bildsuche in Medizindatenbanken

Bildgebende Verfahren, wie zum Beispiel Ultraschall oder Computertomograpfie (CT), sind eine wichtige Grundlage für die medizinische Diagnose und Therapie, denn sie ermöglichen es, Krankheiten frühzeitig zu erkennen und gezielt zu behandeln. Bislang gibt es allerdings kein Instrument, das all die damit verbundenen heterogenen Informationen – Texte, Bilder, Labordaten – intelligent strukturiert und zugänglich macht. Im Anwendungsszenario MEDICO arbeiten Forscher daran, diese Lücke zu schließen.

Wie kann ein Computer lernen, Bilder zu interpretieren, Ähnlichkeiten zu erkennen und sie mit Textinhalten in einen sinnvollen Zusammenhang zu setzen? Das sind die Fragen, mit denen sich das THESEUS-Anwendungsszenario MEDICO beschäftigt. Auf Basis semantischer Technologien entwickeln die beteiligten Forscher Anwendungen für eine einfache und vernetzte Recherche in Medizindatenbanken. Sie soll Ärzten und anderen im Gesundheitssektor tätigen Personen künftig die Arbeit erheblich erleichtern, indem sie alle relevanten Patienteninformationen aus bild- und textbasierten Befunden intelligent zusammenführt.

Neue Möglichkeiten für Diagnose und Therapie

In MEDICO werden Verfahren entwickelt, die nicht nur anatomische Strukturen wie Knochen, Gefäße oder Organe erkennen – sondern Daten auch automatisch katalogisieren, Vergleichsbilder und Behandlungsberichte aus mehreren Datenbanken zusammentragen und so krankhafte Veränderungen bemerken können. Am Beispiel der Diagnose und Therapie von Lymphomen lässt sich der Nutzen von MEDICO veranschaulichen: Ein Lymphompatient befindet sich in einem Kreiskrankenhaus in Behandlung. Der behandelnde Arzt will wissen, ob die Chemotherapie angeschlagen hat. In MEDICO entwickelte Algorithmen vergleichen automatisch aktuelle CT-Bilder mit solchen, die vor Therapiebeginn gemacht wurden, und extrahieren daraus relevante Informationen. Das Ergebnis: Die Chemotherapie scheint zu wirken, die Lymphknoten haben sich nicht weiter vergrößert. Aber dem Programm fallen neue Schädigungen in der Milz auf, die Fragen aufwerfen. Vor Ort hat der behandelnde Arzt keine vergleichbaren Fälle, die Hinweise liefern könnten. Zur Klärung macht er sich eine weitere Fähigkeit von MEDICO zunutze. Das Programm gleicht die Daten des Lymphompatienten aus dem Kreiskrankenhaus mit den zahlreichen Lymphomfällen ab, die in der Uniklinik behandelt wurden. Auf dieser um ein Vielfaches erweiterten Informationsgrundlage erhält der behandelnde Onkologe präzise Empfehlungen zu weiterführenden Untersuchungen und Therapien. Durch das Zusammenspiel mit dem THESEUS-Anwendungsszenario ORDO kann der Arzt darüber hinaus auch schnell eine Recherche in aktueller wissenschaftlicher Literatur durchführen, die den speziellen Krankheitsverlauf dieses Lymphompatienten berücksichtigt. Durch die Einbeziehung aktuellster Forschungsergebnisse kann so die optimale Behandlung bestimmt werden.

Unterstützung für Ärzte

Die Möglichkeiten, die sich aus der intelligenten Interpretation und Zusammenführung von unterschiedlichsten Bildern und Texten für den Medizinsektor ergeben, sind vielfältig. Der behandelnde Arzt bekommt eine effiziente und präzise Entscheidungshilfe an die Hand. Zugleich profitieren auch die Patienten davon, dass der behandelnde Arzt seine diagnostischen und therapeutischen Entscheidungen auf Basis eines großen Erfahrungsfundaments stellen kann. Zudem wird MEDICO Krankenhäusern ermöglichen, Zeit und Kosten zu sparen. Denn für den Patienten unnötige und oft beschwerliche Untersuchungen können vermieden werden.

Im Rahmen von MEDICO konzentrieren sich die beteiligten Forscher zunächst auf die semantische Suche und die Strukturierung von Informationen in medizinischen Bilddatenbanken. Das Anwendungspotenzial von MEDICO geht aber deutlich darüber hinaus. Wenn die ethischen und datenschutz-rechtlichen Randbedingungen geklärt sind, können epidemiologische Forscher sowie die pharmazeutische Industrie von einem schnellen und effizienten Zugriff auf relevante Studien profitieren, was die Qualität von Diagnose und Therapie weiter verbessern kann.

Daten sinnvoll strukturieren

Die mit MEDICO entwickelten Technologien sollen den Computer dazu befähigen, selbstständig Informationen aus dem Inhalt der dargestellten Bilder zu erzeugen, diese mit weiteren medizinischen Daten zusammenzuführen und zu strukturieren, um daraus für den behandelnden Arzt Empfehlungen abzuleiten. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen noch zahlreiche Komponenten entwickelt werden, zum Beispiel Verfahren der Mustererkennung oder klinische Entscheidungshilfen. Die zentrale Aufgabe besteht jedoch in der Modellierung einer passenden Ontologie. Damit wird die Entwicklung eines Ordnungssystems bezeichnet, das die Fülle von Informationen auf Grundlage des medizinischen Fachvokabulars gliedern und vernetzen kann. Aufbauen kann MEDICO hierbei auf bereits von Medizinern entwickelten Ontologien wie „RadLex“ zur Charakterisierung medizinischer Bilder oder dem sehr detaillierten „Foundational Model of Anatomy“, welches die menschliche Anatomie beschreibt.

Durch die Entwicklung immer besserer Diagnose- und Behandlungsmethoden wächst die Informationsmenge, die dem Arzt über seine Patienten und deren Krankheitsbilder zur Verfügung steht. MEDICO interpretiert, verknüpft und vergleicht medizinische Bild- und Textinformationen schnell und einfach – und leistet so einen wichtigen Beitrag zum medizinischen Fortschritt.

Ziele von MEDICO

– Medizinische Informationen intelligent recherchieren und strukturieren
– Hilfe bei diagnostischen und therapeutischen Entscheidungen leisten
– Schneller und effizienter auf medizinisches Wissen zugreifen