Künstliche Intelligenz (KI) in der Augenheilkunde (iAuge, KI-SIGS)

Das Projekt iAuge ist ein Teilprojekt des überregionalen Verbundprojektes „KI-Space für intelligente Gesundheitssysteme“ (KI-SIGS). In Kooperation von Partnern an der Augenklinik Kiel, den Universitäten Lübeck, Kiel und Bremen sowie der Fa. Visotec GmbH und der UniTransferKlinik aus Lübeck werden neue KI-basierte Lösungen zur ophthalmologischen Diagnostik von Netzhauterkrankungen erarbeitet.

Die moderne Bildgebung in der Augenheilkunde besteht aus verschiedenen Bildgebungsmodalitäten, die jeweils unterschiedliche diagnostische Aussagekraft besitzen. Für die Diagnostik von Netzhauterkrankungen ist die Kombination insbesondere von Fundusfarbfotographie, Fluoreszenzangiographie, Fundusautofluoreszenz, Scanning Laser Ophthalmoskopie mit Infrarotlaser und optischer Kohärenztomographie (OCT) notwendig.

Bisherige KI-Projekte beschäftigen sich vor allen Dingen mit monomodalen Bildgebungen im Krankheitsverlauf, da sich – nach initialer Diagnose - das weitere Monitoring von vielen Netzhauterkrankungen häufig hauptsächlich auf eine Bildgebungsmodalität konzentriert. Insbesondere für die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist ein Therapiemonitoring mittels monomodaler OCT-Bildgebung gut etabliert. Bei anderen Erkrankungen benötigt auch das Monitoring der Erkrankung zwingend den regelmäßigen Einsatz von multimodaler Bildgebung.

Insbesondere das Krankheitsbild der Chorioretinopathia centralis serosa (CCS oder RCS) benötigt alle o.g. Bildgebungsmodalitäten. Anhand von langjährigen Krankheitsverläufen wird im Rahmen des iAuge-Projekts daher an einer KI zur multimodalen Bildanalyse geforscht, die folgende Themenschwerpunkte hat: Registrierung der verschiedenen Bildgebungsmodalitäten, Biomarker-Entwicklung im zeitlichen Verlauf, Prognose-Netzwerke.

Langfristig können diese Arbeiten auch das Monitoring von anderen Netzhauterkrankungen, u.a. auch der o.g. AMD, verbessern.

Wie o.g. basiert das Krankheitsmonitoring von AMD-Patienten hauptsächlich auf der OCT-Bildgebung. Dafür werden in der heutigen Routine regelmäßig OCT-Aufnahmen von Patienten in der augenärztlichen Praxis oder Klinik angefertigt. Die augenärztlichen Leitlinien fordern ein monatliches Monitoring, welches in der Praxis häufig nicht erreicht wird. Führender Grund ist die hohe Patientenbelastung (mobilitätseingeschränkte, multimorbide Patienten, die häufig Begleitung für jeden Arztbesuch brauchen), hinzukommen jedoch auch Kapazitätsengpässe.

Bereits in Vorprojekten wurde daher durch die Augenklinik Kiel in Kooperation mit der Universität Lübeck die Möglichkeit einer Home-Care-OCT-Bildgebung erforscht, welche die bisher teuren und unhandlichen OCT-Geräte für Arztpraxen kompakt, preiswert und für den Patienten zur Selbstbedienung geeignet neukonzipiert. Im Rahmen dieser Forschungsprojekte sind funktionsfähige, handgehaltene OCT-Prototypen für den Heimgebrauch entstanden. Damit wird ein Krankheitsmonitoring zuhause durch den Patienten selbst ermöglicht, welches für andere Volkskrankheiten (Diabetes, Blutdruck) längst selbstverständlich ist.

Im Rahmen des iAuge-Projekts wird an der KI-basierten automatisierten Auswertung dieser OCT-Bilder gearbeitet, zusätzlich werden Gerätetechnik und Ergonomie weiter erforscht.

Die Laserbehandlung der Netzhaut ist eine etablierte Therapie für viele Netzhauterkrankungen, allerdings sind die zugrundeliegenden Laser-Gewebe-Interaktionen physikalisch komplex. Eins der größten Probleme an Laserkoagulationen ist die schwere Steuerbarkeit der erreichten Effektgröße. Die Behandlung basiert auf dem photothermischen Effekt, d.h. der Gewebeerwärmung durch Lichtabsorption, allerdings schwankt die Erwärmung und damit der erzielte Effekt zwischen verschiedenen und auch innerhalb desselben Patienten erheblich. Dies beruht v.a. auf unterschiedlich stark ausgeprägter Pigmentierung des Augenhintergrundes und verschieden starker Lichtbrechung und -streuung durch die optischen Medien des Auges (Linse, Hornhaut und Glaskörper). Insbesondere bei den modernen unterschwelligen Laserbehandlungen, die für den Behandler unsichtbar sind, kann die erzielte Effektstärke kaum kontrolliert werden, so dass erhebliche Schwankungen in der Effektgröße unabdingbar sind und zu klinisch uneinheitlichen Resultaten führen.

Durch Optoakustik kann die erzielte Temperatur während der Laserkoagulation live ermittelt werden. Dadurch ist eine deutlich gezieltere Effektsteuerung möglich. Bereits in Vorprojekten konnte eindrucksvoll die Zuverlässigkeit dieser Methode gezeigt werden. Im Rahmen des RegiLas-Projekts wurde nun erstmals die live- und ad-hoc-Steuerung des Lasers anhand des optoakustischen Feedbacks realisiert.

Ziel des Projekts ist eine klinische Studie zur temperaturgesteuerten subthreshold-Therapie bei Patienten mit Chorioretinopathia centralis serosa (RCS oder CCS).