19. Juni 2019

Künstliche Intelligenz führt medizinische Bildgebung in eine neue Dimension

Die medizinische Bildgebung bietet ein Fenster in den menschlichen Körper. Um wirklich genau interpretieren zu können, was im Körper vorgeht, brauchen Ärzte 3D-Bilder – insbesondere während einer laufenden Operation. Dank Künstlicher Intelligenz gelingt es, 2D-Ultraschalldaten in 3D-Bilder umzuwandeln.

Geheimnis Gehirn

Das menschliche Gehirn enthält etwa 100 Milliarden Neuronen mit 100 Billionen Verbindungen. Daher ist es eigentlich kein Wunder, dass das Gehirn für Wissenschaftler weiterhin rätselhaft bleibt. Das von der Europäischen Kommission ins Leben gerufene „Human Brain Project“ soll Daten darüber sammeln, wie das Gehirn funktioniert. Im Rahmen dieser Bemühungen erstellen die Forscher des Forschungszentrums Jülich in Deutschland ein 3D-Modell des Gehirns, indem sie Tausende von Hirnschnitten mittels Deep Learning analysieren. Diese Forschung verwendet einen Supercomputer mit NVIDIA Tesla P100-Grafikprozessoren.

Auswirkung von Medikamenten auf das Gehirn

Neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer betreffen weltweit rund 50 Millionen Menschen, sind aber noch nicht heilbar. Wissenschaftler wetteifern darum, wirksame Arzneimittelbehandlungen zu entdecken – mithilfe der Unterstützung von GPUs. Bei der Untersuchung der Auswirkungen eines Medikaments auf das Gehirn verwenden Wissenschaftler hochauflösende Hirnscans. Ein einzelner Scan enthält Hunderte von Schichtbildern mit jeweils 120 Gigabyte Daten. Die Forscher verbringen Stunden oder Tage damit, diese Scans zu kommentieren, um die Wirkung von Substanzen zu verstehen. Doch Forscher der Université de Reims in Frankreich haben eine Software entwickelt, die eine interaktive Analyse von Hunderten von Petabyte Hirnscandaten mit etwa 50 Bildern pro Sekunde ermöglicht. Wissenschaftler können einen Scan stufenlos ein- und auszoomen und Schlüsselzellen innerhalb der Benutzeroberfläche kommentieren, was einen enorm viel schnelleren Analyse-Workflow ermöglicht. Das Team verwendet NVIDIA Quadro-Grafikprozessoren, um seine Arbeit zu beschleunigen.

3D-Sehen während der OP

Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) geben Einblicke in die Anatomie und Körperprozesse, die es Ärzten ermöglichen, effektive Diagnosen und umfassende Behandlungspläne zu erstellen. Aber CTs und MRTs haben Grenzen, insbesondere können die großen, komplexen Maschinen nicht während der Operation eingesetzt werden. Doch nun tritt die Software-Suite des Münchener Start-ups und NVIDIA Inception-Programmmitglieds ImFusion an, 2D-Ultraschall-Scans in 3D-Bilder zu konvertieren. Das geschieht unter Verwendung einer Reihe von KI-Algorithmen, die mit NVIDIA-Grafikprozessoren entwickelt wurden. Krankenhäuser, Forschungseinrichtungen und Unternehmen nutzen die Algorithmen von ImFusion bereits, um Prototypen neuer medizinischer Bildgebungsgeräte und chirurgische Roboter zu entwickeln.

Die österreichische piur imaging GmbH beispielsweise arbeitet mit ImFusion zusammen, um teure und zeitaufwändige Scans durch tomographische Ultraschallbilder zu ersetzen. Das PIUR tUS-System verbessert die klinischen Arbeitsabläufe für die vaskuläre, abdominale und neurologische Diagnostik und Behandlung. Es ist das erste System, das in der Lage ist, jedes Ultraschallgerät mit tomographischen Fähigkeiten zu erweitern. Dazu gehören die 2D- bis 3D-Ultraschallrekonstruktion oder etwa die Echtzeit-Erkennung und -Segmentierung von Gefäßen. Mit dem Framework von ImFusion ist die piur-Imaging-Technologie in der Lage, Klinikern und Patienten völlig neuartige, umfassendere Erkenntnisse zur Verbesserung der Patientenversorgung zu liefern.

Mit NVIDIA Ihr Potenzial ergründen

214 deutsche KI-Start-ups waren im Frühjahr 2019 gelistet, und damit ist die Zahl der aufstrebenden Unternehmen, die in Deutschland Künstliche Intelligenz (KI) anwenden, im Vergleich zum Vorjahr bereits um 62 % angestiegen. Die meisten dieser Start-ups sitzen in Berlin (40,2 %) oder München (26,6 %), dann folgen mit Abstand Karlsruhe und Hamburg. Im internationalen Vergleich aber sind sie klein und schwach finanziert, wie das Handelsblatt im April 2019 feststellte. Doch neben vielen Gebieten, in denen Deutschland dem Weltmarkt hinterherhinkt, gibt es absolut positive Beispiele, von denen wir heute berichten.

Das Beispiel ImFusion, als eines dieser jungen Unternehmen, macht deutlich, welch enormes Potential in KI steckt. Sinnvoll angewandt helfen die KI-Algorithmen, basierend auf NVIDIA-Grafikprozessoren, den menschlichen Körper noch besser zu verstehen und so Patienten gezielter behandeln zu können.

 

 

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Bildquelle: NVIDIA

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