Weiterentwicklung der Tiermedizin mit Künstlicher Intelligenz
Eine Software entwickeln, die mittels Künstlicher Intelligenz (KI) den Tierärzten eine MRT-Diagnostik erleichtert – dies ist das Ziel, welches die DOS Software-Systeme GmbH in Kooperation mit der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo) verfolgt.
Bereits Anfang 2021 entstand die Projektidee, mittels KI die Tumorerkennung im Gehirn von Hunden zu erleichtern. Zusätzlich soll die KI auf den Patienten zugeschnittene Diagnosen und Therapieempfehlungen generieren.
Gerade im Bereich der Tumorerkennung bei Tieren, im speziellen bei Hunden, gibt es einen Mangel an spezialisierten Tierärzten, die Bildbefunde auswerten und entsprechende Therapien mit den Besitzern besprechen können. Zudem konnte im Jahr 2020 ein Anstieg der neu registrierten Hunde in den deutschen Haushalten von 25 Prozent im Vergleich zum Vorjahr verzeichnet werden. [1] Dies und viele weitere Punkte wurden als Motivation genommen, um das Projekt zu realisieren.
Nach der Vorstellung der Idee mit allen technischen Ansätzen sowie der Chance zur Entwicklung auf dem Markt, starteten die DOS und die TiHo im Januar 2022 mit der Definition der Anforderungen für die Entwicklung der Künstlichen Intelligenz.
Grundlagen für ein Training der Künstlichen Intelligenz
Für das Training der KI-Modelle wird ein Datensatz mit über 3.800 MRT-Sequenzen verwendet, deren Befunde zuvor durch Untersuchungen abgesichert wurden. Hierbei handelt es sich um Scans des zentralen Nervensystems in unterschiedlichen Ebenen mit und ohne erkranktem Gewebe. Die über 83.000 Einzelbilder der MRT-Sequenzen werden dazu von den Tierärztinnen und Tierärzten der TiHo gesichtet und entsprechend den erkennbaren Symptomen für die Modellentwicklung gelabelt.
Für die Annotation der Daten nutzt die DOS das Tool V7. Dieses ist cloudbasiert und ermöglicht eine schnelle Bearbeitung und Verwaltung der großen Datenmengen. Zusätzlich werden Patienteninformationen wie Rasse, Geschlecht, Alter und ggf. Vorerkrankungen erfasst und bei der Diagnose-Stellung einbezogen.
Konzentration auf das Wesentliche:
Brain Extraction
Im Gegensatz zu Menschen, sind die Schädel bei Hunden sehr unterschiedlich in Form und Größe. Durch diese Abweichungen nimmt das Gehirn auf den MRT-Aufnahmen unterschiedlich viel Raum ein, was für das Trainieren der KI-Modelle und der abschließenden Auswertung eine echte Herausforderung darstellt.
In Unterstützung mit der Masterarbeit „Automated brain extraction for canine magnetic resonance images“ haben unsere KI-Experten ein KI-Modell trainiert, dass auf den verschiedenen MRT-Aufnahmen das Gehirn erkennen und extrahieren kann.
Dabei werden die Bilder der Koronal-, Sagittal und Axialebene zusammengeführt, um ein 3D Modell des Hundeschädels zu erhalten. Vorrangig nutzt das KI-Modell Bilder der T1-Wichtung, welche die fettartige Struktur erkennt und entsprechend in schwarz, grau und weiß abbildet. Mittels der Bounding Boxes werden die Abschnitte des Gehirns berechnet und markiert.
Die Umfangreichen Maßnahmen helfen dabei, die Modelle noch spezifischer zu trainieren und die Genauigkeit der Symptomerkennung deutlich zu verbessern.
Diagnosis-as-a-Service
Die KI-Lösung wird Tierarztpraxen und Kliniken als Cloud-basierter Service angeboten. Die über jeden Browser aufrufbare web-basierte Anwendung kapselt die KI-Modelle und schafft die Schnittstelle zwischen Menschen und der KI. Die Tierärzte sind somit in der Lage, nach dem Hochladen ihrer MRT-Aufnahmen eine Befundung durch das KI-Modell zu erhalten, welche sie bei ihrer Diagnose bestmöglich unterstützt.
Um dies effektiv und effizient zu erreichen, arbeiten im Hintergrund der KI-Lösung sechs entwickelte und trainierte KI-Modelle zusammen:
- Brain Extraction: Das KI-Modell nutzt die hochgeladenen Bilder, um daraus die zu untersuchenden Teilausschnitte (Bounding Boxes) des Gehirns zu erstellen
- Symptom KIs: Die vier KI-Modelle nutzen diese Teilausschnitte, um in den T1 und T2 Wichtungen eine Veränderung zu erkennen. Dabei wird zum einen zwischen normal und abnormal unterschieden, zum anderen ob eine Auffälligkeit zu erkennen ist
- Diagnose KI: Das abschließende KI-Modell ist darauf trainiert, aus den ermittelten Wahrscheinlichkeiten eine Diagnose-Empfehlung für den Hund zu stellen
Die Entwicklung ist abgeschlossen und die KI-Lösung ist über die entwickelte Web-Anwendung erreichbar. Sie befindet sich in einer intensiven Testphase mit der TiHo und Partner-Instituten, um die KI-Lösung zur Marktreife zu führen.
Das Projekt „KIinMRT“ ist eine Kooperation der DOS Software-Systeme GmbH und der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover.
Das Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages sowie durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM).