10. 10. 2024
Verfasst von: Bernhard Roth

Optik und KI für eine bessere Hautkrebs-Diagnostik

Drei Personen sitzen vor einem optischen Messsystem im Optik-Labor. — Prof. Bernhard Roth (von links) und die Doktoranden Anatoly Fedorov Kukk und Di Wu haben ein multimodales Messsystem zur optischen Biopsie an Hautkrebs entwickelt. Dafür sind sie zusammen mit den Partnern um Prof. Emmert aus Rostock mit dem Helmholtz-Preis 2024 ausgezeichnet worden.

Hautkrebs erkennen ohne Gewebeprobe und Skalpell, sondern schmerzfrei per Scan von außen – das ist das Ziel eines interdisziplinären Forschungsteams der Leibniz Universität Hannover und der Universitätsmedizin Rostock. Den Forschenden ist es nun gelungen, mittels dreidimensionaler Bildgebung eine frühe und sichere Diagnose von bösartigen Hautveränderungen zu ermöglichen. Dafür hat das Team den renommierten Helmholtz-Preis 2024 für angewandte Messtechnik erhalten.

Helmholtz-Preis für optische Biopsie

Hautkrebs ist die häufigste Krebsart beim Menschen. In einem frühen Krankheitsstadium lassen sich Melanome heilen. Haben sich die Krebszellen jedoch ausgebreitet, sinkt die Überlebenswahrscheinlichkeit nach fünf Jahren auf unter 30 Prozent. Also ist eine frühzeitige Diagnose entscheidend. „Unser Diagnose-System arbeitet nicht-invasiv und erfasst alle relevanten Parameter verdächtiger Hautmerkmale in einer Untersuchung“, sagt Prof. Dr. Bernhard Roth, Leiter des Hannoverschen Zentrums für Optische Technologien (HOT) und Mitglied im Exzellenzcluster PhoenixD der Leibniz Universität Hannover.

Vier verschiedene Messverfahren für Bildgebung

Das innovative Messgerät kombiniert die optische Kohärenztomographie (OCT), die Raman-Spektroskopie (RS), die photoakustische Tomographie (PAT) sowie die Hochfrequenz-Ultraschall-Bildgebung (US). KI-basierte Algorithmen werden zur Klassifizierung der Hautläsionen eingesetzt. In prä-klinischen Studien wurde es erfolgreich erprobt. Für diese Entwicklungen wurde das Forschungsteam mit dem Helmholtz-Preis 2024 in der Kategorie Anwendungen ausgezeichnet.

Beim optischen Ganzkörperscanner steht eine Person vor einem Gestell mit fünf Halbbögen, auf denen Kameras um die Person herumfahren. — Schema der intelligenten, hochauflösenden Ganzkörper-Bildgebung: Das System arbeitet mit Objektiven mit abstimmbarer Fokussierung. Es erfasst die gesamte Hautoberfläche in einer Untersuchung per Laserscan. KI-gesteuerte Verfahren klassifizieren die Bilder und erlauben eine Diagnose in Echtzeit.

KI-gesteuerter optischer Ganzkörperscanner

In einem komplementären Vorhaben entwickelt Roths Team zusammen mit Partnern einen automatisierten optischen Ganzkörperscanner. Der berührungslos arbeitende Scanner vereint Methoden der optischen Bildgebung mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) und nutzt Informationen aus relevanten Quellen, zum Beispiel Patientendaten wie Alter, Geschlecht, Vorerkrankungen sowie Lage und Größe der Hautmerkmale. Die KI wird nicht nur Hautkrebs erkennen, sondern transparent darlegen, auf welchen Informationen die Diagnose basiert. So kann das medizinische Personal aussagekräftige Schlussfolgerungen ziehen.

Anwendungen für weitere Hautkrankheiten geplant

„Die größte Herausforderung ist, optische Bildgebung, mechanische Konstruktion und künstliche Intelligenz in Einklang zu bringen“, berichtet Bernhard Roth. Die Arbeiten sind in das EU-Projekt iToBoS – Intelligent Total Body Scanner for Early Detection of Melanoma eingebettet, in dem 19 Partner aus Europa, Asien und Australien zusammenarbeiten. In Zukunft sollen die in Hannover entwickelten Systeme auch bei anderen Hautkrankheiten sowie zur Therapiekontrolle angewendet werden. Sie eignen sich auch für telemedizinische Anwendungen und können zur digitalen Transformation unseres Gesundheitswesens beitragen.