KI-Tool „liest“ Hirntumoren während einer Operation, um Entscheidungen zu treffen

Von Amy Norton HealthDay Reporterin

(Gesundheitstag)

DIENSTAG, 11. Juli 2023 (HealthDay News) – Wissenschaftler haben ein Tool mit künstlicher Intelligenz (KI) entwickelt, das in der Lage ist, den genetischen Code eines Gehirntumors in Echtzeit während einer Operation zu entschlüsseln – ein Fortschritt, der ihrer Meinung nach die Diagnose beschleunigen und die Behandlung von Patienten personalisieren könnte.

Die Forscher trainierten das KI-Tool, um die unterschiedlichen genetischen Merkmale von Gliomen zu erkennen, einer Gruppe von Tumoren, die die häufigste Form von Hirnkrebs bei Erwachsenen darstellen.

Allerdings sind nicht alle Gliome gleich. Bei den meisten Menschen wird einer von drei Subtypen diagnostiziert, die jeweils unterschiedliche genetische Merkmale aufweisen – und vor allem unterschiedliche Aggressivitätsgrade und Behandlungsmöglichkeiten.

Derzeit können Ärzte, sogenannte Pathologen, Gliome auf diese genetischen Marker hin analysieren, was als molekulare Diagnose bekannt ist. Aber der Prozess dauert Tage bis Wochen, sagte Dr. Kun-Hsing Yu, der leitende Forscher der neuen Studie.

Im Gegensatz dazu kann das von seinem Team entwickelte KI-Tool eine molekulare Diagnose in 10 bis 15 Minuten ermöglichen. Das bedeutet, dass dies während einer Operation erfolgen könnte, so Yu, Assistenzprofessor für biomedizinische Informatik an der Harvard Medical School in Boston.

Auch auf der Genauigkeitsskala erscheint die CHARM genannte Technologie weit oben. Als Yus Team es mit Gliomproben testete, die es noch nie zuvor „gesehen“ hatte, war das KI-Tool bei der Unterscheidung der drei verschiedenen molekularen Subtypen zu 93 % genau.

Die Fähigkeit, solche Unterscheidungen im Operationssaal treffen zu können, sei von entscheidender Bedeutung, sagten Yu und andere Experten, da dies die Art und Weise verändern könne, wie ein Patient behandelt werde.

Einige Gliome sind weniger aggressiv und Chirurgen können bei der Entfernung von Hirngewebe konservativer vorgehen – was die Nebenwirkungen minimieren kann.

Andere Gliome, wie zum Beispiel das Glioblastom, sind sehr aggressiv. Deshalb versuchen Chirurgen, so viel Krebs wie möglich zu entfernen und implantieren manchmal „Wafer“ langsam freigesetzter Chemotherapeutika direkt in das Gehirn.

„Diese bahnbrechende Technologie hat das Potenzial, chirurgische Entscheidungen zu leiten, indem sie eine molekulare Echtzeitdiagnose bei Hirntumoroperationen ermöglicht“, sagte Atique Ahmed, außerordentlicher Professor für neurologische Chirurgie an der Feinberg School of Medicine der Northwestern University in Chicago.

Ahmed, der nicht an der Studie beteiligt war, bezeichnete die 93-prozentige Genauigkeit des Tools als „beeindruckend“, wies jedoch darauf hin, dass sie verbessert werden könne.

„Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Ungenauigkeit von 7 % nicht nur eine Zahl ist“, sagte er. „Es handelt sich um Patienten mit sehr aggressiven Erkrankungen, die von präziseren Diagnosen stark profitieren könnten.“

Yu stimmte zu, dass die Aufführung noch weiter verfeinert werden kann und CHARM noch nicht für die Hauptsendezeit bereit ist. Es müsse in realen Umgebungen getestet und von der US-amerikanischen Food and Drug Administration genehmigt werden, sagte er.

Die Forscher arbeiten mit mehreren Krankenhäusern in verschiedenen Teilen der Welt zusammen, um CHARM diesem Praxistest zu unterziehen.

Das Interesse am Einsatz von KI für medizinische Diagnosen ist in den letzten Jahren explosionsartig gestiegen. Die Hoffnung besteht darin, dass KI-Algorithmen Spezialisten bei der Analyse von Bildern – beispielsweise von Mammogrammen oder CT-Scans – unterstützen, um schneller und genauer zu einem Urteil zu gelangen.

Niemand wolle Ärzte ersetzen, betonte Yu. „Wir wollen KI als Werkzeug nutzen.“

CHARM ist ein viel einprägsameres Akronym für Cryosection Histopathology Assessment and Review Machine. Yus Team entwickelte das Tool anhand von mehr als 2.300 gefrorenen Tumorproben von 1.524 Patienten, die in verschiedenen US-Krankenhäusern wegen Gliomen behandelt wurden.

Die Arbeit wurde am 7. Juli online in der Zeitschrift beschrieben Med, ist nicht der einzige Versuch, die Gliomdiagnose mithilfe von KI zu verbessern.

Weitere Tools werden derzeit untersucht, darunter eines namens DeepGlioma. Dr. Daniel Orringer, Neurochirurg am Perlmutter Cancer Center der NYU Langone in New York City, ist einer der Forscher an diesem Projekt.

Er sagte, dass die molekulare Diagnose von Gliomen derzeit nicht nur zeitaufwändig und teuer sei, sondern auch nicht in allen Krankenhäusern verfügbar sei, in denen Patienten behandelt würden. KI habe das Potenzial, „molekulare Tests zu demokratisieren“, sagte Orringer.

CHARM sei in dieser Hinsicht „besonders attraktiv“, sagte er, da es letztendlich in jedem Krankenhaus eingesetzt werden könne, das über die Kapazität zur Digitalisierung histologischer Objektträger (mikroskopische Bilder von Tumorproben von Patienten) verfüge.

Yu machte einen ähnlichen Punkt. Die anderen in der Entwicklung befindlichen KI-Tools für Gliome erfordern einen speziellen Mikroskoptyp, der nicht in allen Krankenhäusern verfügbar ist – selbst in wohlhabenden Ländern, geschweige denn in Entwicklungsländern, sagte er.

Und während sich die aktuelle Studie auf Gliome konzentrierte, sagte Yu, CHARM könne trainiert werden, um auch bei der Diagnose anderer Arten von Hirntumoren zu helfen.

Ahmed nannte diese potenzielle „Vielseitigkeit“ vielversprechend.

„Die Entwicklung von CHARM stellt einen bedeutenden Fortschritt im Streben nach einer präzisen und schnellen molekularen Diagnose bei Hirntumoroperationen dar“, sagte er.

Die American Brain Tumor Association hat mehr über Gliome.

QUELLEN: Kun-Hsing Yu, MD, PhD, Assistenzprofessor, Biomedizinische Informatik, Harvard Medical School, Boston; Atique Ahmed, PhD, außerordentlicher Professor, neurologische Chirurgie, Feinberg School of Medicine der Northwestern University, Chicago; Daniel Orringer, MD, Neurochirurg, Perlmutter Cancer Center, NYU Langone, außerordentlicher Professor, Neurochirurgie, NYU Grossman School of Medicine, New York City; Med, 7. Juli 2023, online

Copyright © 2023 HealthDay. Alle Rechte vorbehalten.