Künstliche Intelligenz zur Diagnose von Hautkrebs: Expertenblick nach wie vor unverzichtbar

Bei der Analyse von Bildern ist die Entwicklung selbstlernender Algorithmen weit fortgeschritten. Computerbasierte Systeme, die sich KI zunutze machen, werden unter anderem in der Radiologie, der Pathologie, der Augenheilkunde und der Dermatologie eingesetzt. Heidelberger Wissenschaftler des DKFZ, der Universitäts-Hautklinik und des NCT Heidelberg haben in Studien gezeigt, dass KI das Potenzial hat, die Genauigkeit der Diagnostik von Hautkrebs zu verbessern. Damit diese automatisierten Methoden erfolgreich in der klinischen Praxis eingesetzt werden können, müssen die Ergebnisse vor allem zuverlässig sein und dürfen zu keinen Fehldiagnosen führen.

Die Wissenschaftler und Hautärzte haben daher in einer Testreihe an über 10.000 Fotoaufnahmen von Hautauffälligkeiten die Genauigkeit von drei Algorithmen geprüft, die bereits in der klinischen Diagnostik unterstützend eingesetzt werden. Diese lernfähigen Systeme sind so programmiert, dass sie bösartigen schwarzen Hautkrebs von gutartigen Muttermalen auf Bildern unterscheiden können.

In einer ersten Versuchsreihe wurden Fotos von Hautflecken gezielt durch Rotationen oder Zooms am Computer verändert, um die Qualität der automatisierten Ergebnisse zu prüfen. Für eine zweite Testreihe nutzten die Wissenschaftler Bilder von Hautflecken, wie sie im klinischen Alltag regulär vorkommen. Hierbei lagen den Forschern pro Hautveränderung mehrere Fotos zum Beispiel aus unterschiedlichem Aufnahmewinkel vor.

Die Studie zeigte, dass sich bereits geringe und für den Menschen relativ unauffällige Veränderungen der Fotoaufnahmen auf die Sicherheit der automatisierten Diagnose auswirken können. Alle drei Algorithmen wiesen bei zehn Prozent der analysierten Bilder eine Anfälligkeit für solche Veränderungen auf, die für Hautärzte in der klinischen Praxis normalerweise eher unbedeutsam wären. Beispielsweise führte ein etwas anderer Aufnahmewinkel oder eine leichte Verschmutzung des Dermatoskops zu Diagnoseänderungen der Computersysteme.

„Eine Fehldiagnose bei etwas anderem Zoom oder Belichtung zeigt, dass Computer nicht diagnostizieren, sondern rechnen und dadurch anders entscheiden“, berichtet Jochen Sven Utikal, Leiter der Klinischen Kooperationseinheit Dermato-Onkologie des DKFZ.

Daher wird KI den Blick des erfahrenen Hautarztes nie völlig ersetzen können, folgern die Wissenschaftler aus ihren Ergebnissen. Vielmehr liegt das größte Potenzial der automatisierten Systeme darin, als Frühwarnsystem krankhafte Auffälligkeiten zu erkennen, die vom Arzt bestätigt oder korrigiert werden.

„Niemand arbeitet fehlerfrei. In der Diagnostik sind Fehler aber besonders folgenschwer. Deshalb ist es wichtig, die Methoden der KI durch weitere Forschungsarbeiten stetig zu verbessern und die Ergebnisqualität zu erhöhen“, sagt Titus Brinker, Leiter der Studie und Nachwuchsgruppenleiter am DKFZ und NCT Heidelberg sowie Assistenzarzt an der Universitäts-Hautklinik Heidelberg.

Die Studien zur KI für die Interpretation von Hautläsionen sind Teil des vom Bundesministerium für Gesundheit geförderten Skin Classification-Projekts.

Originalpublikation
R. C. Maron, S. Haggenmüller, J. S. Utikal , F. Meier, F. F. Gellrich, A. Hauschild, L. E. French, M. Schlaak, K. Ghoreschi, H. Kutzner, M. V. Heppt, S. Haferkamp, W. Sondermann, D. Schadendorf, B. Schilling, A. Hekler, E. Krieghoff-Henning, J. N. Kather, S. Fröhling, C. von Kalle, D. B. Lipka, T. J. Brinker (2021) Robustness of Convolutional Neural Networks in Recognition of Pigmented Skin Lesions. European Journal of Cancer, https://doi.org/10.1016/j.ejca.2020.11.020

Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)
Das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) ist mit mehr als 3.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte biomedizinische Forschungseinrichtung in Deutschland. Über 1.300 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen im DKFZ, wie Krebs entsteht, erfassen Krebsrisikofaktoren und suchen nach neuen Strategien, die verhindern, dass Menschen an Krebs erkranken. Sie entwickeln neue Methoden, mit denen Tumoren präziser diagnostiziert und Krebspatienten erfolgreicher behandelt werden können.
Beim Krebsinformationsdienst (KID) des DKFZ erhalten Betroffene, interessierte Bürger und Fachkreise individuelle Antworten auf alle Fragen zum Thema Krebs.
Gemeinsam mit Partnern aus den Universitätskliniken betreibt das DKFZ das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen (NCT) an den Standorten Heidelberg und Dresden, in Heidelberg außerdem das Hopp-Kindertumorzentrum KiTZ. Im Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK), einem der sechs Deutschen Zentren für Gesundheitsforschung, unterhält das DKFZ Translationszentren an sieben universitären Partnerstandorten. Die Verbindung von exzellenter Hochschulmedizin mit der hochkarätigen Forschung eines Helmholtz-Zentrums an den NCT- und den DKTK-Standorten ist ein wichtiger Beitrag, um vielversprechende Ansätze aus der Krebsforschung in die Klinik zu übertragen und so die Chancen von Krebspatienten zu verbessern.
Das DKFZ wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent vom Land Baden-Württemberg finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.

Universitätsklinikum Heidelberg (UKHD)
Das Universitätsklinikum Heidelberg ist eines der bedeutendsten medizinischen Zentren in Deutschland; die Medizinische Fakultät der Universität Heidelberg zählt zu den international renommierten biomedizinischen Forschungseinrichtungen in Europa. Gemeinsames Ziel ist die Entwicklung innovativer Diagnostik und Therapien sowie ihre rasche Umsetzung für den Patienten. Klinikum und Fakultät beschäftigen rund 13.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und engagieren sich in Ausbildung und Qualifizierung. In mehr als 50 klinischen Fachabteilungen mit fast 2.000 Betten werden jährlich rund 80.000 Patienten voll- und teilstationär und mehr als 1.000.000-mal Patienten ambulant behandelt. Gemeinsam mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum und der Deutschen Krebshilfe hat das Universitätsklinikum Heidelberg das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen (NCT) Heidelberg etabliert, das führende onkologische Spitzenzentrum in Deutschland. Das Heidelberger Curriculum Medicinale (HeiCuMed) steht an der Spitze der medizinischen Ausbildungsgänge in Deutschland. Derzeit studieren ca. 3.700 angehende Ärztinnen und Ärzte in Heidelberg.