Algorithmen und künstliche Intelligenz in der Pathologie

In der Pathologie werden entnommenes Gewebe und Flüssigkeiten zur Diagnosestellung untersucht. Das Fachgebiet ist eine zentrale Querschnittsfunktion im Behandlungsprozess – und oft sind die Ergebnisse der pathologischen Untersuchung Ausgangspunkt für die Therapie. Traditionell werden die Zellen mithilfe eines Mikroskops untersucht und der Pathologe oder die Pathologin beschreibt in einem Bericht, welche morphologischen Auffälligkeiten beobachtet wurden und zu welcher Diagnose diese führen. Die Analyse bildet somit die Grundlage für die Diagnosestellung.

Die Digitalisierung der Pathologie wird seit einigen Jahren aus ganz verschiedenen Gründen vorangetrieben. Viele Institute versprechen sich dank der Digitalisierung und insbesondere des kurz- bis mittelfristigen Einsatzes von Algorithmen die ­stetig steigenden Untersuchungsfälle mit dem bestehenden ­Personal meistern zu können und die Diagnostikqualität zu erhöhen.

Wie können Algorithmen und künstliche Intelligenz in der Pathologie eingesetzt werden?

Für Algorithmen und künstliche Intelligenz gibt es verschiedene Anwendungsgebiete in der Pathologie. Die Arbeit der Pathologen und Pathologinnen kann durch automatisierte Bildanalyse unterstützt werden. So können bei Mess- oder Zählaufgaben Algorithmen die manuelle Tätigkeit übernehmen. Erkannte auffällige Zellen können beispielsweise farblich hervorgehoben oder markiert werden, sodass das Zählresultat jederzeit nachvollziehbar ist. Algorithmen können zudem eingesetzt werden, um sogenannte «region of interest» ausfindig zu machen und der diagnostisch tätigen Person anzuzeigen. Das spart der untersuchenden Person Arbeitszeit und unterstützt sie bei der Sicherstellung, dass alle auffälligen Bereiche erkannt und geprüft werden.

Auch bei den Labortätigkeiten können Algorithmen eingesetzt werden und so die Durchlaufzeit und die Qualität optimieren. Die Qualitätssicherung kann teilautomatisiert werden. Beim Scanvorgang erkennen Algorithmen unsaubere oder nicht korrekt aufgezogene Schnittpräparate. Nach dem Scannen helfen Algorithmen die Scan-Qualität sicherzustellen. Unscharfe Areale oder Artefakte werden identifiziert. Bereits breit angewendet werden Algorithmen beim eigentlichen Scan-Vorgang. Sie identifizieren die zu scannenden Areale und halten damit die Scandauer und Dateigrösse niedrig, da nur relevante Bereiche verarbeitet werden.

Wieso sollten Algorithmen eingesetzt werden?

Ein Algorithmus ist in der Lage, in wenigen Stunden mehr Bilder einzulesen und zu verarbeiten als ein Mensch in einer ganzen Arbeitswoche. Einmal richtig programmiert und trainiert, arbeitet der Algorithmus 24 Stunden am Tag mit dem stets gleichen Tempo und immer derselben Qualität. Er kennt keine Tagesform, sondern ist unermüdlich einsatzbereit. Richtig eingebundene Algorithmen laufen selbstständig im Hintergrund und schonen die personellen Ressourcen.

Wo stehen wir bei der Entwicklung von Algorithmen?

Es gibt bereits etliche Tools und Algorithmen, auch kommerzielle Systeme und Hersteller wie beispielsweise Visiopharm, Indica Labs, Paige, Aiforia oder Contextvision. Diese Werkzeuge übernehmen nicht die Verantwortung für die Diagnose, sie sind aber wertvolle Hilfsmittel für den Pathologen zur Unterstützung quantitativer und qualitativer Aufgaben. Es ist zu beachten, dass diese kommerziellen Tools jeweils an die lokalen Gegebenheiten angepasst werden müssen. Die im Labor verwendeten Färbungen, die verwendeten Scannertypen oder die Dicke der Gewebeschnitte haben einen Einfluss und müssen berücksichtigt werden. Für die sinnvolle Integration dieser intelligenten Tools ist es notwendig, eine lokale Datenbank zum Trainieren der Algorithmen zu erstellen. Die Datenqualität muss genau geprüft werden und am Schluss zur Zufriedenheit aller stimmen.

Neben der Schaffung der technischen Voraussetzungen für die Implementierung der Algorithmen muss auch auf eine optimale Integration im Prozess geachtet werden. Es darf beispielsweise nicht zu Verzögerungen im Arbeitsablauf kommen und die Kalkulation beziehungsweise das Resultat des Algorithmus muss vor der Untersuchung durch den Pathologen vorliegen.