Lymphknoten per Ultraschall charakterisieren und bösartige Veränderungen zuverlässig diagnostizieren
Posted by PM-Ersteller - 07/04/22 at 08:04:47 a.m.Fraunhofer IGD auf der DMEA 2022
Forscherinnen und Forscher vom Fraunhofer IGD haben eine Software entwickelt, die Ultraschalluntersuchungen im Hals-Kopf-Bereich noch aussagekräftiger machen: Mit ECHOMICS wird es möglich sein, bösartig veränderte Lymphknoten ohne invasive Bestimmungsmethoden sicher zu diagnostizieren. Die Ergebnisse des Projekts präsentieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der Messe DMEA vom 26. bis 28. April 2022 in Berlin.
Die Sonographie ist eines der wichtigsten bildgebenden Verfahren, auch in der Diagnostik von Krebserkrankungen. Bösartig veränderte Lymphknoten, die von Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Hals-Bereich streuen, werden aber oft erst durch eine Biopsie sicher diagnostiziert. „Künftig wird es möglich sein, bösartig veränderte Lymphknoten per Ultraschall direkt zu erkennen und eine passende Therapie einzuleiten, ohne den Umweg über eine Biopsie oder Resektion zu gehen“, sagt Dr. Stefan Wesarg, Leiter der Abteilung Visual Healthcare Technologies am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD. Möglich macht dies die Software ECHOMICS.
KI-basierte Algorithmen
Dazu haben die Forschenden KI-basierte Algorithmen entwickelt, die Lymphknoten sowohl auf 2D- als auch auf 3D-Bildern vom Kopf-Hals-Bereich automatisch erkennen und markieren. Parameter wie zum Beispiel Form und Größe eines Lymphknotens, seine Binnenstruktur und Elastizität oder seine spezifischen Merkmale der Randbeschaffenheit geben Aufschluss über die Art der Veränderung – analog zur automatisierten Analyse von Tumoren in radiologischen Bilddaten. Zudem berücksichtigt die Software auch klinische Daten der Patientinnen und Patienten wie Geschlecht, Alter oder Lebensgewohnheiten.
„Um frühzeitig bösartige Veränderungen erkennen zu können, ist es wichtig, immer dieselben Lymphknoten zu untersuchen und diese neuen Bilddaten mit den bereits vorhandenen systematisch abzugleichen“, erläutert Wesarg. Eine anspruchsvolle Analyse-Aufgabe, die selbst erfahrene Medizinerinnen und Mediziner vor Herausforderungen stellt. Genau an dieser Stelle setzt ECHOMICS an.
Visual Analytics helfen, Hypothesen zu prüfen
Die Software ermöglicht aber nicht nur den individualspezifischen Abgleich von Datensätzen über einen längeren Zeitraum, sondern auch Kohortenanalysen. „Forschende können Hypothesen aufstellen, zum Beispiel über eine Korrelation verschiedener Merkmale und diese anhand der Daten validieren“, sagt Prof. Jörn Kohlhammer, Leiter der Abteilung Informationsvisualisierung und Visual Analytics. Umso mehr Patientinnen und Patienten anonymisiert in der Software erfasst werden, desto sicherer ist die Verifizierung relevanter Marker.
Ziel ist es, eine Art Signatur für das in Lymphknoten metastasierte Plattenepithelkarzinom zu erstellen, die eine exakte Diagnose erlaubt und eine Prognose über den weiteren Verlauf ermöglicht. „Das ist zwar noch Zukunftsmusik, wir geben der klinischen Forschung mit ECHOMICS aber ein entscheidendes Tool an die Hand, diesem Ziel näher zu kommen“, sagt Wesarg. Erste Anwender von ECHOMICS sind Medizinerinnen und Mediziner an der Uniklinik Düsseldorf. Hier werden jährlich mehr als 3750 Ultraschalluntersuchungen von Hals-Lymphknoten durchgeführt. „Mit ECHOMICS wird eine zusätzliche Entscheidungshilfe bei der Diagnostik von Lymphknoten geschaffen, die eine erhöhte diagnostische Sicherheit für Ärztinnen und Ärzte sowie Patientinnen und Patienten schafft“, sagt PD Dr. Kathrin Scheckenbach, Oberärztin in der HNO-Klinik am Universitätsklinikum Düsseldorf. „Außerdem führt uns dieser Weg in eine in höherem Maße automatisierte IT/KI-gestützte und so vermehrt objektivere Beurteilung.“ Weiterentwickelt und marktfähig gemacht wird ECHOMICS gemeinsam mit dem Partner Medcom aus Darmstadt.
ECHOMICS ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördertes Projekt im Rahmen von „KMU-innovativ: Medizintechnik“, das im April 2022 abgeschlossen wird. Auf der DMEA in Berlin präsentieren die Forscherinnen und Forscher vom Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD diese und weitere Neuentwicklungen einem interessierten Fachpublikum.
Weiterführende Informationen:
Zu diesem und allen weiteren Exponaten des Fraunhofer IGD auf der DMEA: https://www.fh-igd.de/DMEA
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Fraunhofer IGD auf der DMEA
– Berlin, 26.-28. April 2022
– Fraunhofer-Gemeinschaftsstand: Halle 2.2, Stand E106
– Presserundgang: 26. April, 12.30 Uhr
Verantwortlicher für diese Pressemitteilung:
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Frau Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
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Über das Fraunhofer IGD:
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.
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Wie sich bösartig veränderte Lymphknoten per Ultraschall diagnostizieren lassen
Posted by PM-Ersteller - 15/06/20 at 08:06:10 a.m.Bildgebende Diagnostik und Therapie
Die Sonographie ist eines der wichtigsten bildgebenden Verfahren, auch in der Diagnostik von Krebserkrankungen. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD entwickeln eine digitale Plattform, die bösartig veränderte Lymphknoten im Hals-Kopf-Bereich in Ultraschallaufnahmen erkennt und Biopsien überflüssig macht. Für die ECHOMICS-Software prüfen die Entwickler derzeit die Aussagekraft zahlreicher Bild- und Biomarker. Mitte 2021 soll die Software einsatzbereit sein.
Die Medizin der Zukunft sucht nach Technologien, die eine schnelle und sichere Diagnostik ohne Umwege erlauben. So sollen Ärzte bald per Ultraschall bösartig veränderte Lymphknoten erkennen können, die von Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Hals-Bereich streuen. Eine Biopsie wäre überflüssig. „Die Aussagekraft unserer Anwendung wird so gut sein, dass sich die passende Therapie ohne weitere Untersuchungen direkt anschließen kann“, sagt Matthias Noll, stellvertretender Leiter der Abteilung Visual Healthcare Technologies am Fraunhofer IGD. Im Idealfall schlägt die Software anhand der Daten die beste Therapie vor, die bei diesem speziellen Patienten Sinn macht.
Automatisierte Analyse von Bilddaten
Schon heute wird Ultraschall in der Diagnostik dieser Tumore regelmäßig eingesetzt, allerdings genügt die Bildgebung nicht für eine hundertprozentige Diagnose. Das soll sich mit der ECHOMICS-Software des Fraunhofer IGD nun erstmalig ändern. Sie nutzt Bio- oder Bildmarker, die aus der automatisierten Analyse von Tumoren in radiologischen Bilddaten bekannt sind, sogenannte Radiomics. Weitere ultraschallspezifische Marker verbessern die Erkennung zusätzlich, so dass eine objektive Analyse der Bilddaten möglich ist. In der aktuellen Entwicklungsphase werden bis zu 4000 verschiedene Marker getestet. Neben Aussehen und Größe berücksichtigt die Software beispielsweise auch die Härte des Lymphknotens, seine Randbeschaffung oder die Texturierung des Gewebes. „Derzeit sind wir dabei, die Aussagekraft jedes einzelnen Markers zu bestätigen und die besten auszusuchen“, so Noll.
Signatur für Plattenepithelkarzinom erlaubt Diagnose
Neben den reinen 3D-Bilddaten wird die Anwendung auch klinische Daten der Patienten, wie Geschlecht, Alter, Lebensgewohnheiten berücksichtigen. Dadurch lassen sich bei der Diagnose individuelle Risiken berücksichtigen. Am Ende wird eine Art Signatur für das in Lymphknoten metastasierte Plattenepithelkarzinom stehen, die eine exakte Diagnose erlaubt und in die Wahl einer personalisierten, idealen Therapie mündet. Mit jedem weiteren Patienten, der anonymisiert in die Datenbasis aufgenommen wird, werden die Ergebnisse genauer. Die Software kann bei der Erstdiagnose genauso gut wie für einen Follow-up verwendet werden.
Analyseumgebung für die klinische Forschung
Zum besseren Verständnis der erzeugten Patientendaten werden diese mit Hilfe von Methoden der Visual Analytics explorierbar gemacht. Dafür entwickeln die Wissenschaftler des Fraunhofer IGD ein Dashboard, also eine Oberfläche zur Darstellung der Daten. „Mit dieser Analyseumgebung für forschende Kliniker lassen sich verschiedene wissenschaftliche Fragestellungen untersuchen“, sagt Jörn Kohlhammer, Leiter der Abteilung Informationsvisualisierung und Visual Analytics. Durch die große Datenmenge lassen sich Hypothesen herleiten und anhand der Daten validieren. Mediziner können nach ähnlichen Patienten suchen und ihre Hypothesen anhand von Patientenkohorten prüfen. Dadurch können neue Erkenntnisse zur Diagnostik und Therapie gewonnen werden.
Rasche Progression erfordert schnelle Diagnose
Jedes Jahr erkranken rund 17.000 Patienten an Tumoren im Kopf-Hals-Bereich wie Zunge, Mundboden und Kehlkopf, dreiviertel von ihnen sind Männer. Neun von zehn Tumoren lassen sich den Plattenepithelkarzinomen zuordnen, das heißt, sie gehen von der Schleimhaut aus. Die Hals-Lymphknoten sind Teil der Diagnostik und Nachsorge bei derartigen Tumoren. Wichtiges Untersuchungsmittel: der Ultraschall. Er ist günstig, kommt ohne ionisierende Strahlung aus und ist überall verfügbar. Allerdings ist das Ergebnis von Untersucher und Gerät abhängig. Im Zweifel müssen auffällige Lymphknoten biopsiert werden. Vor allem beim Plattenepithelkarzinom ist jedoch schnelles Handeln gefragt. Biopsien bedeuten für die Patienten einen möglicherweise überflüssigen Eingriff mit viel Verunsicherung und Ängsten.
Von den Experten für Visual Computing
ECHOMICS, das Auffinden bösartig veränderter Lymphknoten im Kopf-Hals-Bereich anhand echographischer Biomarker, ist eine Neuentwicklung des Fraunhofer IGD. Seit Anfang der 2000er Jahre entwickelt das Institut neue Anwendungen für die Ultraschallsonographie. Visual Analytics und Informationsvisualisierung – die optimale Visualisierung von Daten und Informationen – sind weitere Kompetenzen des Fraunhofer IGD im medizinischen Bereich. ECHOMICS ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördertes Projekt im Rahmen von „KMU-innovativ: Medizintechnik“.
Weiterführende Informationen:
Mehr über das Projekt ECHOMICS: www.igd.fraunhofer.de/projekte/echomics-echographische-biomarker-zur-analyse-von-lymphknoten-im-halsbereich
Mehr über die automatische Analyse von Ultraschall-Bilddaten: www.igd.fraunhofer.de/projekte/automatische-analyse-von-ultraschall-bilddaten
Mehr über unsere Lösungen für die individuelle Gesundheit:
www.igd.fraunhofer.de/institut/mission-vision/vision/individuelle-gesundheit
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64283 Darmstadt
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fon ..: +49 6151 155-146
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email : presse@igd.fraunhofer.de
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 220 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den fünf Standorten Darmstadt, Rostock, Kiel, Graz und Singapur neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.
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