Großbritannien: Grünes Licht für digitale Pathologie in der Krebsvorsorge

Auf Grundlage von Forschungsarbeiten der Universitätskliniken von Coventry und Warwickshire (UHCW) sowie der Universität Warwick hat die britische Regierung eine neue digitale Pathologietechnologie genehmigt. Diese beschleunigt die Analyse von Krebsvorsorgeproben und führt so zu schnelleren Ergebnissen, insbesondere bei Darm-, Brust-, Lungen- und Gebärmutterhalskrebs.

Doch was genau ist digitale Pathologie? Hierbei handelt es sich um den Einsatz automatisierter Objektträgerscanner zur Digitalisierung des histopathologischen Prozesses, bei dem Zellen und Gewebe unter dem Mikroskop untersucht werden. Dieser Schritt ist für die Früherkennung von Krankheiten entscheidend. Denn anstelle der herkömmlichen Objektträger aus Glas werden die Proben gescannt, um hochauflösende Bilder zu erhalten, die anschließend gespeichert, analysiert und weitergegeben werden können. Der Vorteil: Pathologen und andere Fachkräfte aus dem Gesundheitswesen können remote auf die Informationen zugreifen und zusammenarbeiten.

Der technologische Fortschritt hat einen erheblichen Beitrag im Bereich der Pathologie geleistet. Das Konzept der digitalen Pathologie entstand jedoch bereits vor einigen Jahrzehnten, wenn nicht sogar vor mehr als einem Jahrhundert, als die von Mikroskopen erzeugten Bilder zur Speicherung auf Fotoplatten übertragen wurden. Ende der 1960er-Jahre begannen Wissenschaftler dann auch, pathologische Untersuchungen aus der Ferne durchzuführen – indem sie auf Bildern zugriffen, die in anderen Laboren erstellt worden waren. In den letzten 20 Jahren hat die Telepathologie immer mehr an Bedeutung gewonnen, da Scanner für die Abbildung ganzer Objektträger auf den Markt kamen. Experten betrachten dies als Wendepunkt für die digitale Pathologie, denn davor war es nur möglich, Bilder einiger weniger interessanter Regionen zu erstellen.

Die digitale Pathologie erleichtert also nicht nur den Austausch von Proben, sondern trägt auch dazu bei, das Risiko von Probenverlusten oder -beschädigungen zu verringern. Darüber hinaus reduziert sie die Notwendigkeit der Anwesenheit von Pathologen in Krankenhäusern, da sich die Objektträger aus der Ferne analysieren lassen. Interessant: Forscher gehen davon aus, dass die Digitalisierung von Objektträgern schon bald den Einsatz von Algorithmen zur Unterstützung der Analyse sowie die Verwendung von künstlicher Intelligenz zur Identifizierung pathologischer Befunde ermöglichen wird.

Und obwohl ihre breite Anwendung derzeit noch durch technische Probleme, Infrastrukturkosten, Regulierungsstandards und die Zurückhaltung des medizinischen Personals eingeschränkt ist, könnte die digitale Pathologie in Zukunft vor allem für Telekonsultationen eingesetzt werden. Außerdem wird sie auch eine entscheidende Rolle bei der Modernisierung der Pathologiepraxis spielen – indem sie schnellere Diagnosen ermöglicht, die Forschung erleichtert und zur weltweiten Entwicklung der Digitalisierung sowie Vernetzung der Gesundheitssysteme beiträgt.

Im Vereinigten Königreich befasst sich ein Verband mit rund 11.500 Mitgliedern, das Royal College of Pathologists, mit Fragen der Wissenschaft und Praxis der Pathologie. Hierzu hat die Organisation einen Ausschuss eingerichtet, der sich mit der Entwicklung der digitalen Pathologie, der Formulierung von Standards, der Verbesserung von Verfahren und der Beschaffung von Mitteln zur Förderung dieses Zweigs der Medizin auseinandersetzt. Die Gruppe geht davon aus, dass die IT-Infrastruktur, die für die Förderung der digitalen Pathologie in einem großen britischen Krankenhaus erforderlich ist, zwischen 2 und 4 Millionen Pfund kostet – zusätzlich zu dem Bedarf an Personal und die Ausbildung für Pathologen.

In den Vereinigten Staaten setzt sich die 2009 gegründete Digital Pathology Association (DPA) ebenfalls für Standards und Interoperabilität für Entwickler und Nutzer digitaler Pathologietechnologien ein.

In Brasilien werden die digitale Pathologie und der Einsatz von künstlicher Intelligenz auf dem 34. brasilianischen Kongress für Pathologie und dem 27. brasilianischen Kongress für Zytopathologie diskutiert. Diese Events stellen die größten Veranstaltungen auf diesem Gebiet in Südamerika dar und finden vom 29. Mai bis 1. Juni 2024 in Belém, Pará, statt.

Darüber hinaus wird erwartet, dass der Markt für digitale Pathologie bis zum Jahr 2034 mehr als 3,8 Milliarden US-Dollar betragen wird – mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 13,6 % bis zum Ende des Zeitraums.

Die Rolle der künstlichen Intelligenz in der digitalen Pathologie

Die Integration der künstlichen Intelligenz (KI) in digitale Pathologiepraxen trägt dazu bei, bisher manuelle Prozesse zu beschleunigen und Engpässe bei der Diagnose zu verringern. Zudem hilft die Digitalisierung von Bildern und anderen Daten dabei, Informationen auszutauschen, Zweitmeinungen einzuholen und Vergleiche anzustellen.

Wistron, ein Anbieter von Technologielösungen in den Bereichen Kommunikation, Komponenten und Software, hat in Zusammenarbeit mit Intel ein Proof of Concept namens HepatoAI POC durchgeführt. Ziel war es, Modelle der künstlichen Intelligenz und hochpräzisen Inferenzressourcen zu erforschen sowie zu optimieren. Gleichzeitig sollen die Pathologen dabei unterstützt werden, biologische Strukturen in Bildern ganzer Objektträger zu erkennen und zu klassifizieren.

Die Intention: Organisationen zu unterstützen, die die digitale Pathologie einführen wollen, diesen Wunsch aber mit den aktuellen IT-Budgets und -Infrastrukturen in Einklang bringen müssen. Wistron betont, dass das Intel OpenVINO Toolkit ein wertvolles Werkzeug in diesem Bestreben ist. Denn es bietet Hilfe für Pathologen, um vortrainierte Modelle für die Inferenz auf Allzweck-Hardware mit Intel-Prozessoren, iGPUs und dedizierten Beschleunigern zu verbessern. Die Lösung kann zudem auch für Inferenzen auf verschiedenen Geräten unter Verwendung von Industrie-APIs genutzt werden.

Das Projekt hat den OpenVINO Model Server (OVMS) verwendet, einen skalierbaren und hochleistungsfähigen Mikroservice. Damit wurden Pipelines verschiedener Modelle erstellt sowie bereitgestellt und Workflows verwaltet. Zudem wurden KI-Modelle in großem Umfang in einer Produktionsumgebung implementiert, wobei die Integration in die am Projekt beteiligten Krankenhausumgebungen einfach war.

Die Lösung kann auch für die Telepathologie, d. h. die digitale Pathologie aus der Ferne, eingesetzt werden – beispielsweise um eine zweite Meinung einzuholen, ein Training durchzuführen oder die Genauigkeit von KI-Modellen zu verbessern. In diesem Zusammenhang ermöglicht Intel Smart Edge, mehrere in verschiedenen Krankenhäusern trainierte KI-Modelle in einem System zu verwalten. Darüber hinaus werden nur die Daten von KI-Modellen übertragen, nicht aber Datensätze mit Bildern ganzer Objektträger und CT-Scans. Auf diese Weise hilft das Tool, die Modelle in einer beliebigen Anzahl von Krankenhäusern innerhalb einer Organisation auf dem neuesten Stand zu halten – ganz ohne manuelle Prozesse.