25.05.2021

US-Forscher verbessern mittels KI und „Deep Learning“ Erkennung prenataler Herzkrankheiten

US-Forscher haben ein KI-Modell entwickelt, um die Erkennungsrate von fetalen Herzkrankheiten im zweiten Trimester von 30 auf über 90 Prozent zu erhöhen.
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Herzkrankheiten, Herkrankheit, prenatale Herzkrankheit, CHD,
(c) Stock-Adobe/maya2008 - Forscher aus den USA sprechen von einem großen Sprung beid er Früherkennung von Herzproblemen bei Ungeborenen.

Durchbruch: Biohub-Wissenschaftler rund um Rima Arnaout des „Chan Zuckerberg Biohub“ in Kalifornien – in Kooperation mit dem „Boston Children’s Hospital“ und der „Harvard School of Medicine“ haben eine KI-Technik zum Screening auf angeborene Herzkrankheiten im Ultraschall des zweiten Trimesters entwickelt, die zu 96 Prozent genau ist. Gegenwärtige Ansätze zur Erkennung fetaler Herzprobleme liegen heute bei rund 30 Prozent Genauigkeit. Das KI-Modell der Forscher ist auch schnell genug, um sich in der klinischen Praxis umfassend in Ultraschall-Software integrieren zu lassen.

Herzkrankheiten besser erkennen

Angeborene Herzkrankheiten gelten als der häufigste Geburtsfehler. Fetaler Ultraschall wird weltweit empfohlen, einschließlich fünf Ansichten des Herzens, die zusammen 90 Prozent der Herzkrankheiten erkennen könnten. In der Praxis betrage laut Arnaout die Empfindlichkeit jedoch nur 30 Prozent. „Wir stellten die Hypothese auf, dass schlechte Erkennungsergebnisse auf Herausforderungen bei der Erfassung und Interpretation von Herzansichten in diagnostischer Qualität zurückzuführen sind, und dass ‚Deep Learning‘ die komplexe Erkennung verbessern könnte. Unter Verwendung von 107.823 Bildern aus 1.326 retrospektiven Echokardiogrammen und Untersuchungen von 18 bis 24-wöchigen Feten trainierten wir ein Ensemble neuronaler Netze, um empfohlene Herzansichten zu identifizieren und zwischen normalen Herzen und komplexer Herzkrankheiten zu unterscheiden“, so die Forscherin in ihrem „Paper“.

Lösung in Covid-19-Zeiten

Technisch verwendete das Team Segmentierungsmodelle, um standardmäßige fetale kardiothorakale Messungen zu berechnen. Die Empfindlichkeit blieb laut dem Forschungsteam bei externen Bildern mit geringerer Qualität robust. Herzmessungen korrelierten mit den angegebenen Messungen für normale und abnormale Herzen. Auf die von Richtlinien empfohlene Bildgebung angewendet, sollen Ensemble-Lernmodelle die Erkennung fetaler Herzkrankheiten erheblich verbessern und die Telemedizinoptionen für die Schwangerschaftsvorsorge in einer Zeit erweitern, in der die COVID-19-Pandemie den Zugang der Patienten zu geschulten Anbietern weiter eingeschränkt hat, so die Hoffnung. „Dies ist die erste Anwendung von Deep Learning, um die klinische Standardleistung bei einer kritischen und globalen diagnostischen Herausforderung zu verdoppeln“, so Arnaout weiter.

Für die Forschungsarbeit wurden fetale Echokardiogramme und fetale Untersuchungen – wie geburtshilfliche Anatomiescans im zweiten Trimester, die von Sonographen, Radiologen und Ärzten von 2000 bis 2019 durchgeführt wurden – verwendet. Die Bilder stammten von Ultraschallgeräten von GE, Siemens, Philips und Hitachi. Die Veröffentlichung der Erkenntnisse gilt allerdings noch als „preprint“ und muss als medizinische Forschungsarbeit noch evaluiert werden.

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Der Alpike ist aus Carbon gefertigt und wiegt 5,5 Kilogramm © Alpike

Ein Bergaufstieg, wie er im Buche steht: In der Ferne sind noch Kuhglocken zu hören und es sind nur noch wenige Schritte bis zum langersehnten Gipfelkreuz. Doch während die Anstrengung des Aufstiegs langsam vom euphorischen Gipfelgefühl abgelöst wird, schleicht sich ein anderer, weniger angenehmer Gedanke ein: Und jetzt das alles wieder runter. Die Knie schmerzen schon beim bloßen Gedanken, die Motivation lässt nach, und die Vorstellung des langweiligen Forstwegs zieht sich in Gedanken schon in die Länge. Genau damit soll dank Alpike jetzt Schluss sein: Mit dem Scooter am Rücken soll der Spaß am Berg, wenn es nach Lukas Jungmann und seinem Partner Edwin Meindl geht, beim Abstieg erst richtig losgehen.

Vom eigenen Bedürfnis zum Produkt

Lukas Jungmann führt das Designbüro Aberjung, Edwin Meindl das Konstruktionsbüro Micado und beide zieht es fast jedes Wochenende auf einen der unzähligen Berge ihrer Heimatregion Osttirol. „Ich glaube, die schönsten Storys entstehen, wenn du selber eigentlich das für dich baust“, erzählt Jungmann. Die erste Skizze des Alpikes lässt sich auf das Jahr 2021 datieren. Über die Jahre ist ein komplett aus Carbon gefertigtes Gefährt entstanden, das knapp fünf Kilogramm wiegt und sich am Gipfel in wenigen Sekunden aufbauen lässt. Zum Vergleich: Fünf Kilo entsprechen in etwa einer ausgewachsenen Hauskatze oder einem kleinen Hund, etwa einem Mops.

© Alpike

Fahrgefühl jenseits der Forstwege

Der Alpike grenzt sich bewusst von bisherigen, oft sperrigen Konzepten ab. Er kommt ohne Motor und ohne Sattel aus, was den Rider:innen ein besonderes Sicherheitsgefühl geben soll: Man steht dicht über dem Boden und könnte bei Hindernissen jederzeit sicher abspringen. Jungmann beschreibt den technischen Ansatz so: „Wir sind eine Mischung aus Fahrrad und Roller, ohne Motor. Es soll jetzt nicht nur eine Krücke sein, damit man irgendwie den Berg runterkommt, sondern es ist ein Performance-Gerät, was Spaß machen soll.“

Zudem soll das kompakte Design völlig neue Routen abseits breiter Wege eröffnen. „Wenn es steigiger wird, dann wirst du nicht das Mountainbike schultern und tragen“, erklärt Jungmann. Mit dem Alpike ließen sich hingegen auch schmale Steige bewältigen und Felspassagen durch leichtes Tragen überwinden, was mit dem Mountainbike schlichtweg unmöglich wäre.

Der geschulterte Alpike © Alpike

Skitourengeher:innen als potentielle Zielgruppe

Das Geschäftsmodell basiert auf dem Verkauf dieses Premium-Geräts, das für 3.900 Euro netto die Besitzer:in wechseln soll. Die ideale Zielgruppe sieht der Gründer in gut verdienenden Menschen zwischen 30 und 50 Jahren, die im Beruf stehen und bereit sind, nennenswerte Summen in hochwertige Sportausrüstung zu investieren. Von denen gäbe es in Osttirol einige, erklärt der Gründer.

Ein besonderes Potenzial liegt hierbei in einem aktuellen Markttrend: Da die Winter kürzer werden und der klassische Skitourenmarkt droht nach und nach einzubrechen, positioniert sich der Alpike als Sommer-Alternative. „Die Skitourengeher:innen investieren relativ fest in ihren Sport und haben eigentlich keine Alternative im Sommer. Die Leute haben mit dem Alpike dann trotzdem das Gefühl, rauf zu gehen und runter zu fahren, wie sie das vom Skitouren gewohnt sind“, so Jungmann.

© Alpike

Motorisierte, urbane Produktabwandlung

Neben der antriebslosen Sport-Variante bietet Alpike laut Website auch die „Urban“-Edition an – eine elektrische Last-Mile-Lösung für den städtischen Alltag. Sie wiegt zehn Kilogramm, leistet bis zu 1,8 kW und erreicht laut Unternehmen eine Höchstgeschwindigkeit von 40 km/h sowie eine Reichweite von 25 Kilometern. Der 260-Wh-Akku ist herausnehmbar und soll in 30 Minuten vollständig aufgeladen sein. Wie die Sport-Version lässt sich auch die Urban-Edition werkzeugfrei in 15 Sekunden zusammenfalten.

Launch für nächstes Frühjahr geplant

Bislang haben die Gründer die Entwicklung weitgehend ohne externes Kapital vorangetrieben und rund eine Million Euro, maßgeblich in Form von unbezahlten Arbeitsstunden, investiert. Derzeit laufen Verhandlungen, um einen externen Investor an Bord zu holen, der den finalen Go-to-Market-Schritt finanzieren soll.

Frisches Kapital wird nun für das Marketing, den Bau von großen Werkzeugen für die Serienfertigung sowie den Zusammenbau benötigt. Aktuell will man das Gerät als Mountainbike klassifizieren lassen. Im Frühjahr des nächsten Jahres soll der Alpike offiziell in den Handel kommen.

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