Unterstützung von Ärzten durch eine nachvollziehbare und transparente KI-basierte Verdachtsdiagnose

Branche: Medizin und Gesundheit / 24. Mai 2022

In dem durch das Bundesministerium für Gesundheit geförderte Projekt SATURN forscht das Fraunhofer IESE gemeinsam mit den Projektpartnern an Methoden zur Nutzung von KI-Technologien aus den Bereichen der regelbasierten Systeme und des Maschinellen Lernens für eine nachvollziehbare und transparente Entscheidungsunterstützung / Verdachtsdiagnose im Kontext unklarer Erkrankungen.

Referenzprojekt: SATURN, Fraunhofer IESE — © iStock.com/Somkid Thongdee

Letzte Änderung: 24. Mai 2022

Mit der Entwicklung und Etablierung eines Smarten Arztportals für Patienten mit unklarer Erkrankung (SATURN) wird die Diagnosestellung bei Patient*innen basierend auf Künstlicher Intelligenz (KI) unterstützt und eine nachvollziehbare und transparente Verdachtsdiagnose geliefert. Dabei kommen verschiedene KI-Ansätze basierend auf Expertenwissen oder klinischen Falldaten zum Einsatz. Die Diagnoseunterstützung mittels regelbasierter Ansätze basiert auf medizinischer Expertise, welche durch Expert*innen aus verfügbaren Wissensquellen wie z.B. Leitlinien und Fachliteratur extrahiert wird. KI-Expert*innen des Fraunhofer IESE entwickeln zu diesem Wissen dann regelbasierte Modelle. Im Unterschied dazu verwendet die Diagnoseunterstützung mittels Maschinellem Lernen und mittels Case-based Reasoning reale klinische Falldaten der Universitätskliniken unter Berücksichtigung von Daten- und Patientenschutz. Die Herausforderung besteht hier in der teilweise geringen Datenmenge. Deshalb werden auch hybride Ansätze untersucht, bei denen Modelle sowohl auf Grundlage von Expertise als auch auf Grundlage von Daten entwickelt und weiterentwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk liegt bei allen entwickelten Verfahren auf der Transparenz und Nachvollziehbarkeit für die Nutzer*innen. Deshalb werden Ansätze aus dem Bereich der erklärbaren KI (Explainable AI) und der Unsicherheitsbewertung zum Einsatz kommen. Ziel ist es, das Vertrauen der Nutzer*innen in die KI-basierte Lösung zu stärken. Wenn die Verdachtsdiagnose auf eine seltene Erkrankung hinweist, ermöglicht SATURN die Weiterleitung an Expert*innen der Universitätsmedizin. Mithilfe leitlinienorientierter Versorgungsstandards werden für häufige Erkrankungen spezifische Handlungsempfehlungen gegeben.

Herausforderung

Identifikation und Nutzung von KI-Technologien zur Unterstützung von Ärzten mit nachvollziehbaren und transparenten Verdachtsdiagnosen
Berücksichtigung von Daten- und Patientenschutz und den sich daraus ergebenden Herausforderungen bzgl. der Menge und Qualität von Daten
Integration verschiedener KI-Ansätze mit expertenbasierten Ansätzen (hybride Modelle)
Nutzbarmachung von KI-Technologien durch Schaffung von Vertrauenswürdigkeit

Beiträge des Fraunhofer IESE

Mitwirkung bei der Entwicklung eines Common Data Models (CDM) zur einheitlichen Darstellung der Daten von Patient*innen mit seltenen Erkrankungen
Entwicklung KI-basierter Komponenten zur Verdachtsdiagnose basierend auf geeigneten KI-Technologien und Entwicklungsmethoden für den kompletten Ablauf von der Wissensextraktion über die Wissensverarbeitung bis zur Präsentation. Dabei wird durch die im Ansatz integrierte Transparenz und Nachvollziehbarkeit das Vertrauen der Nutzer*innen in KI gefördert. Dazu betrachten und implementieren wir …
- Techniken zur Extraktion von Regeln aus Fachtexten (z.B. aus Leitlinien und Fachliteratur) in unterschiedlichen Sprachen (Deutsch, Englisch)
- Techniken zur Wissensverarbeitung, z.B. Ableitung weiterer Regeln, Behandlung von Inkonsistenzen und Unsicherheiten.
- Techniken und Methoden aus dem Bereich Explainable AI (XAI)
- Techniken und Methoden zur Integration verschiedener Verfahren (hybride Modelle)

Ziele / Ergebnisse

Entwicklung einer Methodik zur qualitätsgerichteten Entwicklung von KI-Systemen, deren Entscheidungen, Vorhersagen oder Diagnosen für den Benutzer nachvollziehbar und transparent sind
Ein öffentlich zugängliches, smartes Arztportal für Betroffene mit unklaren Erkrankungen

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Referenzprojekt: SATURN – Smartes Arztportal für Betroffene mit unklarer Erkrankung