Donnerstag, 29. Juli 2021
Navigation öffnen
Patientenbereich
21. Juni 2021

Neue KI-Technik: Erkennen von Pneumonien unter Wahrung der Privatsphäre

Künstliche Intelligenz (KI) kann medizinisches Personal in der Diagnostik unterstützen. Sie zu trainieren erfordert allerdings den Zugriff auf ein schützenswertes Gut: medizinische Daten. Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) hat eine Technik entwickelt, die die Privatsphäre der Patienten beim Trainieren der Algorithmen schützt. Anwendung findet die Technik nun erstmals in einem Algorithmus, der in Röntgenbildern Pneumonien erkennt.
Anzeige:
Eigenwerbung
 
Die digitale Medizin eröffnet heute bisher nicht dagewesene Möglichkeiten. Sie kann beispielsweise frühe Hinweise auf Tumore geben. Wie gut neue KI-Algorithmen (Künstliche Intelligenz) sind, hängt allerdings von der Menge und der Qualität der Daten ab, an denen sie lernen.
Algorithmus für schuhbasiertes Blindenassistenzsystem
©Africa Studio - stock.adobe.com

Ein Schuh, der sagt wo’s lang geht: Die Niederösterreichische Firma Tec-Innovation hat einen intelligenten Schuh zur Erkennung von Hindernissen entwickelt. Der als „InnoMake“ bezeichnete Schuh ist seit kurzer Zeit als zugelassenes Medizinprodukt am Markt und soll die persönliche Mobilität von blinden und sehbeeinträchtigten Menschen sicherer gestalten. „Ultraschall-Sensoren an der Schuhspitze erkennen Hindernisse in bis zu 4 Metern...
Lesen Sie mehr!

Um Algorithmen an möglichst vielen Daten zu trainieren, ist es eine gängige Praxis, persönliche Daten von Patienten zwischen Kliniken auszutauschen indem eine Kopie der Daten an die Kliniken gesendet wird, in denen der Algorithmus trainiert wird. Zum Datenschutz werden dabei zumeist die Verfahren der Anonymisierung und Pseudonymisierung angewendet – ein Vorgehen, das auch in der Kritik steht. „Es hat sich in der Vergangenheit mehrfach gezeigt, dass diese Vorgehensweisen keinen ausreichenden Schutz für die Gesundheitsdaten von Patienten bieten“, sagt Prof. Dr. Daniel Rückert, TUM.

Schlaue Algorithmen unterstützen Ärzte

Aus diesem Grund hat ein interdisziplinäres Team der TUM gemeinsam mit Forschenden des Imperial College London und der Non-Profit-Organisation OpenMined eine bislang einzigartige Kombination an Privatsphäre-wahrenden Verfahren für die KI-gestützte Diagnostik an radiologischen Bilddaten entwickelt. In der Fachzeitschrift Nature Machine Intelligence stellte das Team nun die erfolgreiche Anwendung vor: Ein Deep-Learning-Algorithmus, mithilfe dessen sich Pneumonien in Röntgenbildern von Kindern klassifizieren lassen.

„Wir haben unsere Modelle gegen spezialisierte Radiologen getestet. Sie wiesen zum Teil eine vergleichbare oder höhere Genauigkeit in der Diagnose verschiedener Arten von Lungenentzündungen bei Kindern auf“, sagt Prof. Marcus R. Makowski, TUM.

Daten bleiben vor Ort

„Damit die Daten der Patienten sicher sind, sollten sie die jeweilige Klinik nie verlassen“, sagt Projektleiter und Erstautor Georgios Kaissis vom Institute for AI and Informatics in Medicine der TUM. „Wir haben für unseren Algorithmus das sogenannte Federated Learning verwendet, bei dem nicht die Daten geteilt werden, sondern der Deep-Learning Algorithmus. Unsere Modelle wurden in der jeweiligen Klinik mit den Daten vor Ort trainiert und danach wieder zu uns zurückgesendet. Die Besitzer mussten ihre Daten also nicht herausgeben und haben die komplette Kontrolle darüber behalten“, erklärt Erstautor Alexander Ziller, Forscher am Institut für Radiologie.

Keine Rückschlüsse auf personenbezogene Daten möglich

Damit sich keine Rückschlüsse auf die Daten einer bestimmten Institution ziehen lassen, mit denen der Algorithmus trainiert wurde, wandte das Team eine weitere Technik an: Die sichere Aggregierung. „Wir haben die Algorithmen verschlüsselt zusammengeführt und erst entschlüsselt, nachdem sie mit den Daten aller beteiligten Institutionen trainiert waren,“ erklärt Kaissis. Damit keine Informationen über einzelne Patienten aus den Datensätzen herausgefiltert werden können – also die sogenannte Differential Privacy gewahrt ist – wandten die Forscher zusätzlich eine dritte Technik auf das Training des Algorithmus an. „Schlussendlich können zwar statistische Zusammenhänge aus den Datensätzen herausgelesen werden, nicht aber die Beiträge einzelner Personen zum Datensatz,“ sagt Kaissis.

Erstmalige Kombination der Privatsphäre-wahrenden Methoden

„Die Methoden, die wir genutzt haben, sind zwar in früheren Studien schon zum Einsatz gekommen“, sagt Daniel Rückert, „bislang fehlten aber größere Studien an echten klinischen Daten. Durch die gezielte technische Weiterentwicklung und die Zusammenarbeit zwischen Spezialisten aus Informatik und Radiologie haben wir es geschafft, Modelle zu trainieren, die genaue Ergebnisse liefern und gleichzeitig hohe Anforderungen an Datenschutz und Privatsphäre erfüllen.“

Rickmer Braren, stellvertretender Direktor des Instituts für Radiologie, ergänzt: „Oft wird behauptet, dass Datenschutz und Datennutzung im Widerspruch zueinander stehen. Wir zeigen jetzt: Das muss nicht sein.“ Die Methode lasse sich auch auf andere medizinische Sprach- und Textdaten anwenden.

Datenschutz – Enormes Potential für digitale Medizin

Die Kombination der neuartigen Datenschutz-Verfahren erleichtert auch die Zusammenarbeit zwischen Institutionen, wie das Team in einer bereits 2020 im Nature Machine Intelligence erschienenen Publikation zeigte. Denn mit der Privatsphäre-wahrenden KI können ethische, rechtliche und politische Hürden vermieden werden – somit könne man die KI breit anwenden und das sei enorm wichtig für die Erforschung seltener Erkrankungen, so Braren.

Die Wissenschaftler sind überzeugt, dass ihre Technik zur Wahrung der Privatsphäre einen wichtigen Beitrag für den Fortschritt der digitalen Medizin leisten kann. „Um gute KI-Algorithmen trainieren zu können, brauchen wir gute Daten“, sagt Kaissis. „Und diese erhalten wir nur, wenn wir die Privatsphäre der betroffenen Patienten ausreichend schützen,“ ergänzt Rückert. „Wir können mit Datenschutz also mehr zum Erkenntnisgewinn beitragen, als viele denken.“

TUM


Anzeige:
Eigenwerbung
 
Weitere Beiträge zum Thema
Krampfadern: Wann Beinvenen behandelt werden müssen
Krampfadern: Wann Beinvenen behandelt werden müssen
©Agnes Sadlowska / Fotolia.de

Viele Eingriffe an Krampfadern, die für den Winter 2020/2021 geplant waren, sind aufgrund der Coronapandemie verschoben worden und werden jetzt in den kühleren Frühlingsmonaten nachgeholt. Wer unter hervortretenden Venen am Bein leidet und sie entfernen lassen will, dem stellt sich die Frage: Stripping, Radiowelle oder Laser – welche Eingriffstechniken sind wann empfehlenswert? Die Deutsche Gesellschaft für Gefäßchirurgie und Gefäßmedizin e. V. (DGG) klärt auf, wann Krampfadern behandelt werden sollten und warum Venenkleber in Zukunft...

Das Besondere ist der kleine Körper – „Das kritisch kranke Kind“ steht im Mittelpunkt des virtuellen Kongresses
Das Besondere ist der kleine Körper – „Das kritisch kranke Kind“ steht im Mittelpunkt des virtuellen Kongresses
©Photographee.eu - stock.adobe.com

Ein sicheres Berherrschen der Behandlungsabläufe und eine systematische Beurteilung von Notfallpatienten im Kindesalter sind die Voraussetzungen für eine gute und fachgerechte Versorgung von medizinischen Notfällen im Kindesalter. Um die neuesten Entwicklungen in diesem Fachgebiet der Medizin geht es bei den Rhein-Neckar-Pädiatrietagen 2021 unter dem Titel „Das kritisch kranke Kind“. 

Steigende Zahl älterer Menschen mit Diabetes Typ 1 und Typ 2
Steigende Zahl älterer Menschen mit Diabetes Typ 1 und Typ 2
© Robert Kneschke / Fotolia.com

Aktuell sind in Deutschland rund 17 Millionen Menschen älter als 65 Jahre. Die Zahl wird aufgrund der sich verändernden Altersstruktur auf voraussichtlich 22 Millionen im Jahr 2030 anwachsen. Die Anzahl der Hochbetagten (80 Jahre und älter) wird von derzeit vier Millionen auf sechs Millionen im Jahr 2030 ansteigen. Gleichzeitig erkranken immer mehr Menschen an Diabetes Typ 2, so dass Diabetologinnen und Diabetologen sowie Pflegende künftig viele geriatrische Patienten mit Diabetes versorgen werden: Es ist davon auszugehen, dass in Deutschland derzeit rund vier Millionen Menschen über 65...

Betroffene teilen Erfahrungen und geben Depression eine Stimme – nutzergenerierte Website gestartet
Betroffene teilen Erfahrungen und geben Depression eine Stimme – nutzergenerierte Website gestartet
© Artem Furman / fotolia.com

Eine interaktive und multimediale Aufklärungs-Webseite über Depression ist neu an den Start gegangen. Auf der Seite können Betroffene und Angehörige in eigenen Beiträgen über ihre Erfahrungen mit Depression berichten und der Erkrankung so eine Stimme geben. Die Betroffenen können für die Website schriftliche Erfahrungsberichte oder Audio- und Video-Dateien einreichen.

Oft unerkannt: Frauenkrankheit Lipödem
Oft unerkannt: Frauenkrankheit Lipödem
© vanillya / fotolia.com

Etwa jede zehnte Frau in Deutschland leidet unter einem Lipödem, auch als Reiterhosenphänomen bekannt. Hierbei treten symmetrische schwammige Schwellungen an den Beinen und in 30 Prozent der Krankheitsfälle auch an den Armen auf. Die Ursache: eine Fettverteilungsstörung, die mit Wassereinlagerungen einhergeht. Lipödempatienten stehen aus mehreren Gründen unter einem sehr hohen Leidensdruck. Sie haben nicht nur sehr starke Berührungs- und Druckschmerzen, sondern auch Spannungsgefühle, sodass bereits einfache Tätigkeiten wie Haare föhnen oder...

Das könnte Sie auch interessieren

Oft unerkannt: Frauenkrankheit Lipödem

Oft unerkannt: Frauenkrankheit Lipödem
© vanillya / fotolia.com

Etwa jede zehnte Frau in Deutschland leidet unter einem Lipödem, auch als Reiterhosenphänomen bekannt. Hierbei treten symmetrische schwammige Schwellungen an den Beinen und in 30 Prozent der Krankheitsfälle auch an den Armen auf. Die Ursache: eine Fettverteilungsstörung, die mit Wassereinlagerungen einhergeht. Lipödempatienten stehen aus mehreren Gründen unter einem sehr hohen Leidensdruck. Sie haben nicht nur sehr starke Berührungs- und Druckschmerzen, sondern auch Spannungsgefühle, sodass bereits einfache Tätigkeiten wie Haare föhnen oder...

Aufruf der Orthopäden und Unfallchirurgen zur Entlastung der Kliniken angesichts der aktuellen Corona-Krise

Aufruf der Orthopäden und Unfallchirurgen zur Entlastung der Kliniken angesichts der aktuellen Corona-Krise
© Prostock-studio - stock.adobe.com

Bitte gehen Sie in der aktuellen Situation mit nicht lebensbedrohlichen orthopädisch-unfallchirurgischen Verletzungen und akuten Schmerzen während der regulären Öffnungszeiten nicht zuerst in die Notfallambulanz einer Klinik, sondern in eine ambulante Facharztpraxis für Orthopädie und Unfallchirurgie in Ihrer Nähe. Auch eine ambulante fachärztliche Versorgung am Wochenende ist, sofern in einem Bundesland nicht bereits flächendeckend Portalpraxen oder Notfallstrukturen außerhalb von Kliniken arbeiten, möglich.

Jeder vierte Patient erhält die Diagnose bereits als Kind

Jeder vierte Patient erhält die Diagnose bereits als Kind
© magicmine / Fotolia.com

„In Deutschland sind etwa 400.000 Menschen von den chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) Morbus Crohn und Colitis ulcerosa betroffen“, sagt der CED-Experte der niedergelassenen Magen-Darm-Ärzte, PD Dr. Bernd Bokemeyer. „Die Diagnose wird bei etwa einem Viertel der Patienten schon vor dem 18. Lebensjahr gestellt. Ein Viertel dieser erkrankten Jugendlichen hat seine Diagnose sogar schon vor dem zehnten Lebensjahr erhalten.“  

Schuppenflechte in Gelenken: Neue Therapien bei Psoriasis-Arthritis

Schuppenflechte in Gelenken: Neue Therapien bei Psoriasis-Arthritis
© Sebastian Kaulitzki / Fotolia.com

Mit Rheuma werden gemeinhin Beschwerden am Stütz- und Bewegungsapparat mit fließenden, reißenden und ziehenden Schmerzen bezeichnet, oft einhergehend mit einer Einschränkung der Funktionsfähigkeit. Etwa 200 bis 400 einzelne Erkrankungen werden mittlerweile unter Rheuma verzeichnet, die sich im Beschwerdebild, dem Verlauf und der Prognose sehr unterscheiden. Entgegen weit verbreiteter Meinung ist es keine Erkrankung nur älterer Menschen, betont Prof. Christoph Baerwald, 1. Sprecher des Rheumazentrums am Universitätsklinikum Leipzig anlässlich des...

Tagebuch hilft Pflegenden beim Erkennen eigener Bedürfnisse

Tagebuch hilft Pflegenden beim Erkennen eigener Bedürfnisse
© Sandor Kacso / Fotolia.com

Viele pflegende Angehörige nehmen ihre eigenen Bedürfnisse kaum mehr wahr. Die Sorge um den Angehörigen oder die Angst, der Aufgabe nicht gerecht zu werden, können den Blick auf sich und eigene Wünsche verstellen, erklärt Daniela Sulmann vom Zentrum für Qualität in der Pflege (ZQP). "Als erstes gilt es dann zu versuchen, sich selbst wieder stärker in den Fokus zu nehmen und zu formulieren, was man braucht." Das jedoch sei leichter gesagt als getan. Sulmann empfiehlt Pflegenden daher, ein Tagebuch zu führen.

Sie können folgenden Inhalt einem Kollegen empfehlen:

"Neue KI-Technik: Erkennen von Pneumonien unter Wahrung der Privatsphäre"

Bitte tragen Sie auch die Absenderdaten vollständig ein, damit Sie der Empfänger erkennen kann.

Die mit (*) gekennzeichneten Angaben müssen eingetragen werden!

Die Verwendung Ihrer Daten für den Newsletter können Sie jederzeit mit Wirkung für die Zukunft gegenüber der Medical Tribune Verlagsgesellschaft mbH - Geschäftsbereich rs media widersprechen ohne dass Kosten entstehen. Nutzen Sie hierfür etwaige Abmeldelinks im Newsletter oder schreiben Sie eine E-Mail an: info[at]rsmedia-verlag.de.


EILMELDUNGEN zu SARS-CoV-2 und COVID-19
  • CHMP empfiehlt SARS-CoV-2-Impfstoff von Moderna für Jugendliche von 12-17 Jahren (Quelle: PEI, 23.7.2021)
  • CHMP empfiehlt SARS-CoV-2-Impfstoff von Moderna für Jugendliche von 12-17 Jahren (Quelle: PEI, 23.7.2021)