KI in der Radiologie: Die 10 wichtigsten Anwendungsfälle und bewährte Verfahren
22. März 2024
Aufgrund der jüngsten Fortschritte im Bereich der künstlichen Intelligenz und der Computerkapazitäten sind KI-gestützte Radiologie-Tools im Bereich der diagnostischen Bildgebung sehr vielversprechend. Mit der Fähigkeit, große Mengen von Bilddaten schnell zu verarbeiten und subtile Muster und Anomalien darin zu erkennen, versprechen KI-Lösungen, die diagnostische Genauigkeit zu erhöhen, Arbeitsabläufe zu rationalisieren und letztlich die Ergebnisse für die Patienten zu verbessern.
KI in der Radiologie - Marktstatistiken
der Radiologen nutzen KI in ihrer klinischen Praxis
Amerikanisches College für Radiologie
planen, in naher Zukunft KI-Tools anzuschaffen
Amerikanisches College für Radiologie
KI auf dem globalen Radiologiemarkt CAGR von 2021 bis 2030
Vision Research Berichte
10 KI-Anwendungsfälle in der Radiologie
Die Zahl der Anwendungsfälle von Software für künstliche Intelligenz in der klinischen Datenwissenschaft und der radiologischen Praxis wächst. Lassen Sie uns die 10 wichtigsten Anwendungen von KI in der Radiologie besprechen:
Klassifizierung von Hirntumoren
Erkennung von Wirbelfrakturen
Wirbelsäulenfrakturen sind die häufigsten Fragilitätsfrakturen und können ein frühes Anzeichen für Osteoporose sein. Sie können unbemerkt bleiben, da 54 % der Wirbelfrakturen von Radiologen in CT-Scans nicht erkannt werden. Die Forscher von UCB Pharma versuchten, dieses Problem zu lösen, indem sie einen Deep-Learning-Algorithmus trainierten, um Wirbelfrakturen zu finden und zu bewerten. Der Algorithmus wurde auf Bildern mit 969 Wirbeln trainiert, die von drei verschiedenen Scannertypen stammten. Der Algorithmus erzielte eine Fläche unter der Kurve (AUC) von 0,93, was bedeutet, dass er potenziell in Untersuchungsräumen eingesetzt werden kann.
Erkennung der Alzheimer-Krankheit
Eine weitere schwierig zu diagnostizierende neurologische Erkrankung ist Alzheimer. Um die Diagnosesicherheit von Radiologen zu erhöhen, haben Forscher der University of California einen Algorithmus entwickelt, der Alzheimer auf der Grundlage einer Fluordesoxyglucose (FDG)-Positronenemissionstomographie (PET) erkennen kann. Dieser Algorithmus sucht nach subtilen Prozessen und globalen Veränderungen im Gehirn (z. B. Veränderungen der Glukoseaufnahme), die mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen sind. Nachdem der Algorithmus trainiert worden war, testeten die Forscher seine Leistung an 188 neuen Bildern. Die KI erkannte 92 % der Alzheimer-Patienten richtig.
Ein entscheidender Punkt beim Einsatz der computergestützten Erkennung in der Alzheimer-Diagnostik ist, dass der Algorithmus sehr frühe Anzeichen der Krankheit erkennen kann, die Radiologen nicht entdecken könnten. Bei rechtzeitiger Diagnose kann das Fortschreiten der Krankheit verzögert oder sogar aufgehalten werden.
ALS diagnostizieren
Unterstützung bei radiologischen Berichten und datenbezogenen Aufgaben
Erkennung von Brustkrebs
Im Jahr 2020 wird bei 7,8 Millionen Frauen Brustkrebs diagnostiziert, was ihn laut WHO zur weltweit am meisten verbreiteten Krebsart macht. Jüngste Studien weisen darauf hin, dass KI in der Onkologie zunehmend vielversprechende Ergebnisse insbesondere bei der Erkennung von Brustkrebs zeigt.
Das deutsche KI-Startup Vara hat beispielsweise in Zusammenarbeit mit dem Mammographie-Referenzzentrum Nord in Oldenburg kürzlich eine Studie durchgeführt, in der Forscher 2.396 Screening-Mammographien von Frauen auswerteten, bei denen später Intervallkrebs diagnostiziert wurde. Die KI erkannte und lokalisierte 27,5 % der falsch-negativen und 12,2 % der Minimalzeichen-Karzinome korrekt. Das bedeutet, dass die KI Anzeichen von Brustkrebs erkennen kann, die für viele Radiologen in den frühesten Stadien der Krankheit nicht sichtbar sind.
Optimierung der Dosis
Erkennung einer Lungenentzündung
Erkennung von LVO
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Beispiele für AI in der Radiologie
Viz LVO
Lunit INSIGHT MMG
Das KI-Tool von Lunit hilft vor allem bei der Diagnose von dichten Brüsten, die bei ostasiatischen Frauen häufig fehldiagnostiziert werden, und hat die Kommunikation zwischen Radiologen und Brustchirurgen verbessert.
Yeh Wei Cheng
Schnelles ICH
qXR
qXR, entwickelt vom indischen KI-Startup Qure, ist ein Tool, das Radiologen dabei hilft, Pathologien im Brustkorb zu erkennen, die auf Lungenkrebs hindeuten, und zwar bei Röntgenaufnahmen. Mithilfe eines proprietären Deep-Learning-Modells, das auf mehr als 3,5 Millionen Röntgenbildern trainiert wurde, kann xQR Anomalien in Lunge, Rippenfell, Mittelfell und Knochen in weniger als einer Minute pro Scan zuverlässig erkennen. Eine kürzlich durchgeführte Peer-Review-Studie ergab eine Sensitivität von 99 % und eine Spezifität von 87 % bis 92 %, was xQR zu einem zuverlässigen Assistenten bei der Erkennung von bösartigen und nicht bösartigen Lungenknötchen, Tuberkulose, Coronaviren und anderen Lungenerkrankungen macht.
10 Vorteile der KI in der Radiologie
Early detection
Improved prioritization
Improved accuracy
Optimized radiology dosing
Reduced radiation exposure
Enhanced image quality
Improved satisfaction
Faster diagnosis
Improved access to care
Improved reporting
AI in radiology
Early detection
AI can more reliably detect diseases at early stages, preventing complications and dramatically improving patient outcomes
4 Herausforderungen durch KI in der Radiologie und mögliche Lösungen
Abgleich medizinischer Leitlinien mit KI-Ergebnissen
Herausforderung
Lösung
Die meisten aktuellen KI-Anwendungen in der Radiologie liefern Schätzungen darüber, wie wahrscheinlich es ist, dass bei einem bestimmten Patienten aufgrund der radiologischen Bildgebung Komplikationen auftreten. So kommt ein KI-System beispielsweise zu dem Schluss, dass eine Brustläsion eines bestimmten Patienten mit einer Wahrscheinlichkeit von 10 % bösartig ist. Ein Radiologe könnte sich für eine Biopsie entscheiden, aber das KI-System versteht möglicherweise nicht die Schwere des Problems und hält eine 10 %ige Wahrscheinlichkeit für Krebs für unbedeutend, um eine Biopsie durchzuführen.
Entwickler und Mediziner müssen eng zusammenarbeiten. Erkenntnisse von Medizinern können die Leistung von KI-basierten Bildverarbeitungs- und Entscheidungsunterstützungslösungen verbessern.
Menschliches Zögern
Herausforderung
Lösung
Die Entwicklung präziser KI-Algorithmen ist eine ebenso große Herausforderung wie das Verständnis dafür, wie KI-Systeme in die täglichen Arbeitsabläufe in der Radiologie integriert werden können. Die Rollen und Verantwortlichkeiten von Radiologen können sich ändern. Dennoch ist es unwahrscheinlich, dass Algorithmen völlig autonome klinische Entscheidungen treffen werden, unabhängig von ihrer implizierten Genauigkeit und Effektivität.
Die Leistungserbringer des Gesundheitswesens sollten sicherstellen, dass die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine effektiv ist und dass die Fachleute die Führung bei der Entscheidungsfindung behalten.
Schlechte IT-Infrastruktur
Herausforderung
Lösung
Trotz vieler Anwendungsfälle von KI in der Radiologie haben viele Gesundheitsdienstleister noch nicht einmal mit der digitalen Transformation begonnen. Ihre Forschungs- und Patientendaten sind isoliert, die Sicherheitsmaßnahmen sind veraltet, die Hardware muss aufgerüstet werden und die Systeme sind nicht interoperabel. Die Einbindung von KI in einem solchen Umfeld kann weitere Hürden schaffen.
Diese Probleme lassen sich nur durch schrittweise Änderungen der IT-Infrastruktur bekämpfen, vorzugsweise mit Unterstützung eines erfahrenen Drittanbieters. Organisationen des Gesundheitswesens können ihre Reise zur Einführung von KI mit der Einführung von Bildmanagement- und PACS-Systemen beginnen, um die Bildqualität zu verbessern und das Abrufen zu erleichtern.
Qualität der Daten
Herausforderung
Lösung
Der Mangel an qualitativ hochwertigen beschrifteten Datensätzen ist ein allgemeines Problem in allen Sektoren und Branchen, und die Radiologie ist keine Ausnahme. Es ist nicht einfach, Zugang zu klaren und beschrifteten Bildgebungsdaten für das Training medizinischer KI zu erhalten.
Da sich viele Gesundheitsdienstleister derzeit mitten in der digitalen Transformation befinden und die Nachfrage nach qualitativ hochwertigen Datensätzen täglich steigt, ist es nur eine Frage der Zeit, bis die Mehrzahl der Datensätze hochwertigen Standards entsprechen wird.
Möchten Sie KI-basierte Technologien in Ihre radiologische Praxis integrieren?
AI-Methoden in der Radiologie
KI ist zum Synonym für maschinelles Lernen (ML) geworden, das viele Techniken zur Erstellung von Vorhersagemodellen, einschließlich Deep-Learning-Modellen, umfasst. Die beliebteste Methode zur Nachahmung der menschlichen Entscheidungsfindung sind heute künstliche neuronale Netze (ANN), eine bestimmte Art von sehr flexiblem Deep-Learning-Modell.
Das ANN ist vom Design biologischer neuronaler Netze inspiriert. Mit anderen Worten, dieses Modell versucht, das Netzwerk der Neuronen, aus denen das menschliche Gehirn besteht, zu imitieren, so dass es Probleme ähnlich wie ein Mensch lösen kann.
Zurzeit ist das Faltungsneuronale Netz (CNN), eine Klasse von ANN, das beliebteste Modell für die Analyse visueller Daten und damit die wichtigste Komponente der KI in der Radiologie.
Tipps für die Implementierung von KI in der Radiologie
Aufbau eines multidisziplinären Teams
Aufbau eines multidisziplinären Teams
Zwar ist der Beitrag von Fachleuten aus der Praxis für die Entwicklung von KI-Lösungen in praktisch jeder Branche von entscheidender Bedeutung, doch in der medizinischen Bildgebung müssen Radiologen eine viel entscheidendere und bedeutendere Rolle bei der Entwicklung von KI-basierten Radiologielösungen spielen. Ingenieuren und Datenwissenschaftlern mangelt es an einem Verständnis grundlegender radiologischer und anatomischer Konzepte, was für die Entwicklung von KI-Systemen für die Radiologie von entscheidender Bedeutung ist. Hinzu kommt, dass die Radiologie ein sehr differenziertes medizinisches Gebiet ist, in dem sich die Behandlungsmethoden alle paar Jahre ändern. Es ist sehr ratsam, Radiologen in jede Phase der Entwicklung einzubeziehen.
Unterstützung durch die Führung gewinnen
Unterstützung durch die Führung gewinnen
Anbieter im Gesundheitswesen sollten wichtige Entscheidungsträger und Führungskräfte bei der Implementierung von KI-Tools mit ins Boot holen. Laut dem jüngsten Bericht von Deloitte stellen Gesundheitsdienstleister, die erfolgreich KI-Initiativen durchführen, die Führungskräfte in den Mittelpunkt der KI-Transformation. Diese Führungskräfte sollten mit der radiologischen Abteilung klar kommunizieren, wie sich neue Tools auf ihre täglichen Arbeitsabläufe auswirken werden.
Erklärbarkeit von KI priorisieren
Erklärbarkeit von KI priorisieren
In einer kürzlich durchgeführten Studie erhielten Radiologen Röntgenbilder der Brust und diagnostische Ratschläge von menschlichen Experten und von KI-Systemen. Die Radiologen bewerteten die KI-Ratschläge als weniger hochwertig, was das anhaltende Problem der "KI-Blackbox" verdeutlicht. Im Gesundheitswesen, wo Entscheidungen direkten Einfluss auf das Wohlbefinden eines Menschen haben können, ist es für Radiologen von größter Bedeutung, die den KI-Systemen zugrunde liegenden Entscheidungen zu verstehen. Die meisten KI-Tools für die Radiologie verwenden Deep-Learning-Modelle, und die Interpretierbarkeit und Transparenz des Systems ist von entscheidender Bedeutung. Während die Entschlüsselung von Deep-Learning-Modellen eine universelle Aufgabe für viele KI-Anwendungen ist, sind die Entwickler dafür verantwortlich, Verzerrungen und Variabilität zu minimieren und die Modelle so erklärbar wie möglich zu machen. Dies erfordert eine kontinuierliche Validierung der Algorithmen, eine Prüfung der Datensätze, eine Bewertung der Leistungskennzahlen, eine standardisierte Dokumentation und eine routinemäßige Bewertung der Verzerrungen.
Integrieren Sie AI in Ihre radiologische Praxis
KI-basierte Werkzeuge werden bereits in verschiedenen Bereichen der Radiologie eingesetzt, und ihre Rolle wird in Zukunft noch zunehmen. Die Validierung bestehender und die Entwicklung neuer KI-Anwendungen zur Lösung gängiger radiologischer Probleme erfordert eine effektive Zusammenarbeit zwischen Radiologen, Datenwissenschaftlern und Ingenieuren.
KI wird das Gesundheitswesen und insbesondere die Radiologie in den nächsten zwei Jahrzehnten grundlegend verändern. Unsere professionellen KI-Berater können Ihnen helfen, KI-basierte Technologie in Ihrer radiologischen Praxis zu implementieren.
FAQ
Wird die KI die Radiologie übernehmen?
KI kann Radiologen von banalen Aufgaben befreien und ihre Effizienz verbessern, aber die menschliche Beteiligung wird weiterhin entscheidend sein, um komplexe Probleme zu lösen, die einen schnellen Wandel erfordern. Ähnlich wie bei der Einführung des Autopiloten in der Luftfahrt wird die KI die Arbeit der Radiologen eher ergänzen als ersetzen. Curtis Langlotz, Radiologe in Stanford, sagte: "KI wird Radiologen nicht ersetzen, aber Radiologen, die KI nutzen, werden Radiologen ersetzen, die das nicht tun".
Was ist die Zukunft der KI in der Radiologie?
Mit der zunehmenden Akzeptanz von KI bei Medizinern und Aufsichtsbehörden wird diese Technologie die sich wiederholenden Aufgaben von Radiologen übernehmen und zu einem unverzichtbaren Referenzinstrument werden.
Wann wurde AI in der Radiologie eingeführt?
Der erste Einsatz von KI in der Radiologie geht auf das Jahr 1992 zurück und diente der Erkennung von Mikroverkalkungen in der Mammografie. Arterys, die erste KI-basierte Lösung für die medizinische Bildgebung mit FDA-Zulassung, wurde 2017 zertifiziert.
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