Krebserkennung: Software analysiert Mikroskopbilder

Mit hochauflösenden Mikroskopen werden in der Medizin heute Bilder gemacht, auf denen einzelne Moleküle erkannt werden können. Die Auswertung solcher Aufnahmen ist aufwändig und nimmt viel Zeit in Anspruch. Forscherinnen und Forscher der FH Oberösterreich arbeiten im Projekt NanoDetect an Algorithmen, die fähig sind, Mikroskop-Bilder auf Auffälligkeiten zu prüfen. “Die Programme können rote Fahnen setzen, wenn etwas eigenartig aussieht. Bei einigen Krebsarten bewegen sich bestimmte Moleküle anders. Ein Algorithmus kann das durch die Analyse von Serienaufnahmen feststellen. Am Ende sollen aber immer Ärzte die Ergebnisse prüfen”, sagt Projektleiter Stephan Winkler, der am FH OÖ-Studiengang Medizin- und Bioinformatik lehrt, im Gespräch mit der futurezone.

Die Verfahren, die in Hagenberg entwickelt werden, setzen auf eine Mischung zwischen Bildanalysewerkzeugen und künstlicher Intelligenz. “Die Software lernt mit der Zeit, die relevanten Zusammenhänge zu erkennen”, so Winkler. Dabei verwenden die Forscher teilweise bereits bekannte Verfahren und Software, die mit einigen Neuerungen zu einem gänzlich neuen System zusammengesetzt werden. Entwickelt wird das Verfahren für die Fluoreszenzmikroskopie, die in der Biomedizin weit verbreitet ist. “Manche Aufnahmen können nur mit diesem Verfahren gemacht werden. Der höhere Kontrast, der durch die verschiedenen Farben entsteht, vereinfacht es Algorithmen auch, Details zu erkennen. Im Prinzip ist unsere Technik aber nicht auf diese Technologie beschränkt”, erklärt Winkler.

Datenflut bändigen

Die Software aus Oberösterreich schafft es, Strukturen oder Bewegungen in Bildern oder Bildserien sehr schnell zu erkennen. Bei den enormen Datenmengen, die bei entsprechenden Untersuchungen entstehen, ist das ein großer Vorteil. “Teilweise sprechen wir hier von vielen Gigabyte an Daten”, sagt Winkler. Die Maschinen treffen eine Vorauswahl, die den Heuhaufen, in dem sich eventuell eine Nadel verstecken könnte, für die Ärzte bedeutend kleiner macht. “Die Prüfung von Cornea-Implantaten (Anm. d. Red.: Hornhaut des Auges) auf ihre Eignung anhand winziger Stukturunterschiede ist ein Anwendungsgebiet, genau wie die Analyse von Blutspenden. Das Ziel ist, dass unser System einfach für viele verschiedene Problemstellungen adaptierbar ist”, beschreibt Winkler.

Das Forschungsprojekt läuft erst seit zehn Monaten und ist insgesamt auf drei Jahre ausgelegt. Die ersten Ergebnisse sind aber schon vielversprechend. “Bei der Erkennung von Molekülbewegungen und der Hornhautanalyse erreichen wir schon hohe Genauigkeit”, bestätigt der Leiter der Forschungsgruppe Bioinformatik an der FH OÖ in Hagenberg. Das ist ein entscheidender Punkt für solche Systeme. Den Algorithmen darf keine Auffälligkeit entgehen. Die Devise lautet “lieber ein paar Fehlalarme zu viel als ein verpasstes Symptom”. “In kritischen Fällen tolerieren wir bis zu 20 Prozent Fehlalarme”, so Winkler.

Große Pläne

Als klinische Partner des Forschungsprojekts sind das Krankenhaus der Elisabethinen und die Landesnervenklinik Linz tätig, weitere Beteiligte sind die Blutzentrale Linz, Olympus Austria, Trauma Care Consult und die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft. Tatsächlich im Klinik-Alltag eingesetzt soll das System mit Ablauf des Forschungsprojekts werden. Bis dahin soll die Software so einfach zu bedienen sein, dass medizinisches Personal nur noch die automatischen Zusammenfassungen prüfen muss. Für die Zukunft haben die Entwickler auch eine Web-basierte Version des Systems angedacht. Vorerst wird aber jede Einrichtung mit einer eigenen Version der Software arbeiten. Eine Einrichtungsübergreifende Zusammenlegung der Daten, die den Systemen zugutekommen würde, ist aus Datenschutz-Gründen vorerst nicht angedacht. Die Rechte am System liegen beim Entwickler-Konsortium. Wie die Software vertrieben wird, entscheidet sich erst nach Ende des Projekts.