Prof. Dr. Reinhard Keil

»Mensch und Technik gehören zusammen. Es kommt nicht nur auf die Intelligenz der Technik an, sondern vor allem auf ihre intelligente Nutzung. Informatiker müssen den Kontext der Herstellung und Nutzung ihrer Produkte verstehen und Gestaltungskonfl ikte erkennen. Informatik betreiben heißt intelligent gestalten.«

Mittwoch, 26. Mai 2010 26.05.10 12:00 Alter: 8 Jahre

Den zweiten Radiologen ersetzen
PC² beschleunigt automatische Diagnose von Brusttumoren

Autor: Katharina Bätz

Tobias Beisel vor der Projektion eines nachbearbeiteten MRT-Scans. (Foto: Katharina Bätz)

Ein anspruchsvolles Ziel haben sich Forscher des Paderborn Center for Parallel Computing (PC²) der Paderborner Universität gesetzt: Das Team um Projektleiter Prof. Dr. Marco Platzner und Tobias Beisel, wissenschaftlicher Mitarbeiter des PC², arbeitet gemeinsam mit der Bingener Software-Firma CADMEI GmbH an einem automatischen Diagnosesystem für die Magnetresonanztomographie (MRT).
Das Diagnosesystem soll den behandelnden Radiologen bei der Untersuchung der weiblichen Brust auf Tumore unterstützen und langfristig sogar eine unmittelbar vorliegende Zweitmeinung liefern.

MRT, besser bekannt als „Kernspintomographie“, ist ein bildgebendes Verfahren, das zur Schnittbild-Darstellung der Struktur von Gewebe und Organen im Körper eingesetzt wird. MRT nutzt elektromagnetische Impulse in einem starken Magnetfeld, um die Wasserstoffkerne in den Körperzellen zum Schwingen anzuregen. Die Anzahl vorhandener Wasserstoffkerne und die Art der Abklangphase nach der Anregung erlauben es, die von einem Tumor befallenen Regionen im Körper zu erkennen und besonders hervorzuheben.

Bei der Magnetresonanztomographie handelt es sich um ein sehr zeitaufwendiges Verfahren. Nicht nur die Untersuchung in der MRT-Röhre braucht ihre Zeit, sondern auch die Nachbearbeitungsphase dauert lange. Bei der heute üblichen manuellen Nachbearbeitung wertet der Radiologe die vom MRT-Gerät bereitgestellten Bilder mit Hilfe einfacher Bildverarbeitungsfunktionen aus und erstellt daraus die Diagnose. Bei der automatischen Nachbearbeitung wird mit komplexen Algorithmen die Bewegungsunschärfe aus den MRT-Daten herausgerechnet, verdächtige Regionen werden anhand bestimmter Abgrenzungskriterien identifiziert und nach verschiedenen Merkmalen als gutartiges/bösartiges Gewebe klassifiziert. Alle diese Maßnahmen können dem Radiologen helfen, genauere und sicherere Diagnosen zu erstellen.

„Die Untersuchung selbst können wir nicht beschleunigen, sehr wohl aber die Nachbearbeitungsphase, die wir mittels Einsatz von parallel rechnenden Grafikprozessoren verkürzen“, erklärt Tobias Beisel. Grafikprozessoren wurden zwar für Computerspiele entwickelt, werden aber aufgrund ihrer massiven Parallelität und ihres guten Preis-Leistungsverhältnisses zunehmend für das Hochleistungsrechnen eingesetzt. Basierend auf ihrer Kompetenz im parallelen Rechnen kümmert sich die Forschergruppe des PC² bereits seit Juli 2009 um die schnellere Nachbearbeitung der MRT-Daten und die Automatisierung des Diagnosevorgangs.

Zurzeit benötigt ein Radiologe pro Patientin etwa eine halbe Stunde für die Auswertung der MRT-Daten und informiert die Patientin dann über das Ergebnis. Eine Zweitmeinung eines weiteren Radiologen ist nicht vorgeschrieben, in angesehenen Kliniken und Praxen international aber üblich. Kommt es bei der Zweitmeinung zu Abweichungen von der Diagnose des ersten Radiologen, muss die Patientin noch einmal eingeladen und beunruhigt werden, um die Situation zu klären. Die automatische Diagnose durch Berechnungen der Software der CADMEI GmbH dauert heute noch in Abhängigkeit von den Bilddaten zwischen einer und mehreren Stunden. Das Ziel der Forschergruppe ist es, den Zeitaufwand für die Berechnungen auf etwa zehn Minuten zu reduzieren. Damit könnte das computergestützte Diagnosesystem den Radiologen bereits unmittelbar bei der ersten Auswertung der MRT-Daten unterstützen. In einem zweiten Schritt und nach erfolgreicher medizinischer Validierung soll das Diagnosesystem automatisch die Zweitmeinung erstellen. „Dann könnte die Patientin in der MRT-Röhre untersucht werden und unmittelbar danach vom Arzt die endgültige und bereits doppelt-befundete Diagnose erfahren. Somit werden der Patientin lange und belastende Wartezeiten auf den endgültigen Befundbericht erspart“, so Tobias Beisel über den Vorzug der schnellen Berechnung.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWI) im Rahmen des „Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand“ gefördert. Ein marktreifes Computersystem, das eine computergestützte Tumordiagnose durchführen kann, soll bis Mitte 2011 entwickelt sein.

Kontakt:
Tobias Beisel
Paderborn Center for Parallel Computing (PC²)
05251 60-6327
tbeisel[at]upb.de


Kontakt: Patrizia Höfer, Institut für Informatik, 05251 60-3341, hoefer[at]upb.de