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Digitalisierte Bildverarbeitung: künstliche Intelligenz im diagnostischen Einsatz

Digitalized image processing: artificial intelligence in diagnostic procedures

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Zusammenfassung

Die digitalisierte Bildverarbeitung hat in den vergangenen Jahren große Fortschritte erzielt. Erste Systeme zur automatisierten Bildanalyse basierten auf mehrstufigen Algorithmen des Maschinenlernens. Diese wurden inzwischen zu selbstlernenden neuronalen Netzwerken weiterentwickelt. Solche auf künstlicher Intelligenz (KI) basierenden Systeme werden zunehmend auch in der Medizin eingesetzt. Die Dermatologie bietet sich durch die einfache Zugänglichkeit der Hautoberfläche für eine KI-basierte Diagnosestellung durch Bildanalyse an. Innerhalb der Dermatologie nimmt die Hautkrebsdiagnostik einen zentralen Stellenwert ein. Dermatoskopische Aufnahmen von pigmentierten und nichtpigmentierten Hautveränderungen sind in großen öffentlichen Datenbanken verfügbar und können so zum Training automatisierter Diagnosesysteme eingesetzt werden. In Studien zur Hautkrebsdiagnostik erzielten verschiedene KI-basierte Systeme eine diagnostische Genauigkeit, welche mit der von erfahrenen Dermatologen vergleichbar war. Ein erstes neuronales Netzwerk zur Hautkrebsdiagnostik anhand von dermatoskopischen Bildern ist zwischenzeitlich für den europäischen Markt zugelassen worden (Moleanalyzer pro®, FotoFinder Systems GmbH). Auch in der Dermatohistopathologie wurden KI-basierte Diagnosesysteme entwickelt und in Studien getestet. Trotz aller Euphorie über die hohe Leistungsfähigkeit ist es jedoch von essenzieller Bedeutung, auch Limitierungen KI-basierter Diagnosesysteme aufzuzeigen. So beeinflussen Bildartefakte wie farbliche Markierungen oder eingeblendete Lineale innerhalb dermatoskopischer Aufnahmen die Bildbeurteilung durch neuronale Netzwerke. Genaue Kenntnisse über die Limitierungen der neuen Technologie sind entscheidend, um Indikationen und Kontraindikationen von KI-basierten Diagnosesystemen zu bestimmen und die Leistungsfähigkeit weiter zu verbessern. Auch wenn neuronale Netzwerke bereits als Assistenzsysteme für die Hautkrebserkennung eingesetzt werden, liegen der verantwortungsvolle Umgang mit den Ergebnissen und die abschließende Therapieentscheidung weiterhin beim klinisch tätigen Arzt.

Abstract

Digital image processing has made much progress during recent years. First systems for automated image analysis were based on multistage machine learning algorithms and required extensive preprocessing and segmentation using handcrafted filters. Meanwhile, current systems are based on deep-learning convolutional neuronal networks (CNNs). Such artificial intelligence (AI) based systems are increasingly being established for use in clinical medicine. Dermatology is especially suitable for digital image analysis since human skin can easily be accessed. Due to continuously increasing incidence rates the diagnosis of skin cancer is of special interest in dermatology. Dermoscopic images of pigmented and non-pigmented skin lesions have been collected in large publicly available databases and may be used for training of automated diagnostic systems. Previous clinical studies have shown that CNNs are capable of attaining a dermatologist level diagnostic accuracy in the detection of skin cancer. A first CNN has recently been approved as a medical device for the European market (Moleanalyzer pro®, FotoFinder Systems GmbH). Moreover, deep-learning CNNs have also been trained and tested in the field of dermatohistopathology. Despite the euphoria about the high-level diagnostic performance, it is crucial to carefully evaluate the limitations of AI-based diagnostic systems. Image artefacts, such as color markings and superimposed scales that are included in the image may severely impair the diagnostic accuracy. Investigating such limitations is relevant to determine the indications and contraindications and to further improve the performance of AI-based diagnostic systems. Importantly, AI-based diagnostic devices are intended as assistance systems and the results should be carefully integrated into the decision-making progress by clinicians, who remain fully responsible for the management decisions.

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H. A. Haenssle erhielt Honorare und/oder Reisekostenunterstützung von Firmen, die an der Entwicklung von Systemen zum Hautkrebsscreening beteiligt sind: Scibase AB, FotoFinder Systems GmbH, Heine Optotechnik GmbH, Magnosco GmbH. C. Fink erhielt Reisekostenunterstützung von Magnosco GmbH. J. K. Winkler, K. Sies, F. Toberer und A. Enk geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Alle beschriebenen Untersuchungen am Menschen oder an menschlichem Gewebe wurden mit Zustimmung der zuständigen Ethikkommission, im Einklang mit nationalem Recht sowie gemäß der Deklaration von Helsinki von 1975 (in der aktuellen, überarbeiteten Fassung) durchgeführt. Von allen beteiligten Patienten liegt eine Einverständniserklärung vor.

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Winkler, J.K., Sies, K., Fink, C. et al. Digitalisierte Bildverarbeitung: künstliche Intelligenz im diagnostischen Einsatz. Forum 35, 109–116 (2020). https://doi.org/10.1007/s12312-019-00729-3

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