27.04.2023

Neue KI kann frühe Anzeichen von Krebs Jahre vor einem CT-Scan erkennen

Das Tool Sybil sucht nach Anzeichen dafür, wo Krebs wahrscheinlich auftreten wird. Und ist Wissenschaftler:innen nach einem Scan teilweise um Jahre voraus.
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(c) Stock.Adobe/samunella- Sybil soll frühzeitig Lungenkrebs aus einem einzigen Scan erkennen können.

Forschende in Boston stehen kurz vor einem großen Fortschritt bei der Lungenkrebsvorsorge: Eine Künstliche Intelligenz namens Sybil kann, so heißt es, frühe Anzeichen der Krankheit erkennen, Jahre bevor Ärzte sie auf einem CT-Scan finden würden.

Sybil betrachtet Scan auf andere Weise

Das neue KI-Tool wurde, einem Bericht von NBC folgend, von Wissenschaftlern des „Mass General Cancer Center“ und des „Massachusetts Institute of Technology“ (MIT) in Cambridge entwickelt. In einer Studie wurde gezeigt, dass es in 86 bis 94 Prozent der Fälle genau vorhersagen kann, ob eine Person im nächsten Jahr an Lungenkrebs erkranken wird.

Das „Center for Disease Control and Prevention“ in den USA empfiehlt aktuell, dass Erwachsene mit Lungenkrebsrisiko jährlich eine niedrig dosierte CT-Untersuchung zur Früherkennung durchführen lassen. Doch selbst bei einem regelmäßigen Screening könne es passieren, dass das geschulte Auge von Radiologen nicht alles erkennt. Hier kommt Sybil ins Spiel.

„Das bloße Auge kann nicht alles sehen“, wird Lecia Sequist, Onkologin und Programmleiterin der Klinik für Krebsfrüherkennung und -diagnostik am Massachusetts General Hospital bei NBC zitiert. „Die KI, die wir entwickelt haben, betrachtet den Scan auf eine völlig andere Weise als ein menschlicher Radiologe.“

Noch keine Zulassung

Das Problem dabei: Sybil ist noch nicht von der „Food and Drug Administration“ (FDA) für den Einsatz außerhalb klinischer Studien zugelassen.

Bisher sind über 300 KI-Tools für den radiologischen Einsatz erlaubt. Die meisten davon als Unterstützung bei der Diagnose und Behandlung von Krebs, nicht aber zur Vorhersage des künftigen Krebsrisikos einer Person.

Wachstum, Muster und Störungen

So funktioniert Sybil: Das KI-Tool sucht konkret nach Anzeichen dafür, wo Krebs wahrscheinlich auftauchen wird, sodass Ärzte wissen, wo sie suchen müssen, um ihn dann so früh wie möglich zu erkennen.

Um das Krebsrisiko vorherzusagen, stütze sich die Künstliche Intelligenz dabei auf einen einzigen CT-Scan. Es analysiert das dreidimensionale Bild und sucht nicht nur nach Anzeichen für abnormales Wachstum in der Lunge, sondern auch nach anderen Mustern oder Störungen, die Wissenschaftler noch nicht vollständig verstehen, erklärte Florian Fintelmann, Radiologe am „Mass General Cancer Center“ und einer der Forscher, die an Sybil arbeiten.

Basierend auf dem, was sie sieht, trifft die KI Vorhersagen darüber, ob eine Person in den nächsten ein bis sechs Jahren Lungenkrebs entwickeln wird. Es hätte bereits Fälle gegeben, in denen sie Anzeichen von Krebs erkannt habe, die erst Jahre später auf einem CT-Scan entdeckt worden wären.

Sybil und das Datenproblem

Allerdings gibt es noch Geburtsschwierigkeiten bei den Prognosen. Die Wissenschaftler:innen, die Sybil entwickelt haben, haben eingeräumt, dass die Daten, die zur Entwicklung des KI-Tools verwendet wurden, „noch nicht genügend afroamerikanische oder hispanische Patienten umfassen, um auf eine breite Anwendbarkeit vertrauen zu können.“

Die FDA selbst hat bereits im Vorjahr einen Schritt unternommen, um dieses Problem anzugehen: Die Organisation wird künftig von Forschern und Unternehmen, die eine Zulassung für medizinische Produkte beantragen, die Vorlage eines Plans verlangen, der auch die Vielfalt in klinischen Studien sicherstellt.

Weiters gibt es noch Bedenken wegen Überdiagnosen. Ärzte könnten Patienten einer möglicherweise unnötigen Biopsie für einen Knoten unterziehen, der sich als gutartig herausstellt, so die Sorge.

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Stack-Prüfstand für Brennstoffzellen und Elektrolyseure am Institut für Thermodynamik und nachhaltige Antriebssysteme der TU Graz | (c) Oliver Wolf – TU Graz
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Im PKW-Bereich wird er sich höchstwahrscheinlich nicht durchsetzen, im Schwerverkehr und in der Industrie gilt er jedoch als wahrscheinlicher Energieträger der Zukunft: Wasserstoff. Beziehungsweise „grüner Wasserstoff“, denn die heute noch vorherrschende Herstellung aus Erdgas bringt im Sinne der Energiewende nichts. Das Zauberwort heißt Elektrolyse, also die Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff mittels Elektrizität – natürlich mit Strom aus Erneuerbaren, sonst brächte auch das nichts.

Entdeckt wurde das Prinzip der Elektrolyse bereits Ende des 18. Jahrhunderts. Es funktioniert nicht nur bei Wasser, sondern auch bei der Aufspaltung anderer Verbindungen. So wird es bereits seit dem 20. Jahrhundert zur Herstellung von Chlor und Aluminium im industriellen Maßstab genutzt. Da Elektrolyse jedoch sehr energieintensiv ist, ist sie bei der Wasserstoff-Gewinnung im Vergleich zur Herstellung aus Erdgas bislang das teurere Verfahren. Wenn „grüner Wasserstoff“ zum Energieträger der Zukunft werden soll, braucht es also Verbesserungen.

Zehn Millionen Euro Bundesförderung für Elektrolyse-Testzentrum am HyCentA der TU Graz

Genau daran arbeitet das Wasserstoffforschungszentrum HyCentA (Hydrogen Research Center Austria) an der TU Graz schon länger. Dabei gelang es laut HyCentA-Geschäftsführer Alexander Trattner bereits, die Stromdichten zu vervielfachen und damit die Effizienz der Elektrolyse deutlich zu steigern.

Nun wurde dort ein neues großes Elektrolyse-Testzentrum eröffnet – das erste in Österreich im Megawatt-Bereich und eines der größten in ganz Europa. Zehn Millionen Euro aus einer Bundesförderung flossen in die Anlage – 4,5 Millionen direkt, weitere 5,5 Millionen verteilen sich laut TU Graz auf einen neuen Prüfstand für Brennstoffzellen-Stacks, Erweiterungen der Prüfstände für Hochtemperaturbrenner, eine Gasmischstation, Kompressoren sowie Analyse-, Mess- und Sicherheitstechnik.

1,6 bis 2,5 Megawatt

Auf dem neuen 250 Quadratmeter großen Testfeld stehen nun Elektrolyseure mit einer Gesamtleistung von 1,6 bis 2,5 Megawatt. Eine eigene Trafostation gewährleistet eine stabile Stromversorgung und ermöglicht es den Forscher:innen, unterschiedlichste Versorgungsszenarien abzubilden. Dies sei insbesondere relevant, wenn im Vollbetrieb bis zu 50 Kilogramm grüner Wasserstoff pro Stunde erzeugt werden, heißt es von der Uni.

Über eine Pipeline wird der erzeugte Wasserstoff bei einem Druck von 80 bar zu einem 18 Meter hohen Speichertank mit einem Fassungsvermögen von 190 Kilogramm (48 Kubikmeter) geleitet. Von dort aus fließt er über eine 315 Meter lange unterirdische Leitung zu mehreren Instituten am Campus, wo er nun rund um die Uhr für Forschungsarbeiten zur Verfügung steht. „Die Forschenden nutzen den grünen Wasserstoff, um an neuen und erweiterten Prüfständen die nächste Generation von Großmotoren, Turbinen, Wasserstoffbrennern und Brennstoffzellen-Stacks realitätsnahen Tests zu unterziehen“, so die TU Graz in der Aussendung.

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