Digitaler Blick ins Auge - wenn Algorithmen Diabetes diagnostizieren

Diabetes mellitus, auch Zuckerkrankheit genannt, ist mittlerweile eine Volkskrankheit. Immer mehr Menschen leiden an dieser chronischen Stoffwechselerkrankung. Neben älteren Diagnoseverfahren hat sich das digitale Netzhaut-Screening bewährt - eine vielversprechende Methode, die in Zukunft auch bei der Diagnose weiterer Erkrankungen eine wichtige Rolle spielen wird.

Ganz gleich, ob Typ I, Typ II oder gar die seltene Form Typ III, diagnostiziert wird, wobei letztere Form auf Ursachen, wie Virusinfektionen, genetischen Defekten, Behandlung mit Medikamenten, Alkoholkonsum, Stoffwechselstörungen oder chronischen Entzündungen der Bauchspeicheldrüse, beruht - Diabetes hat fatale Folgen für die Gesundheit eines Menschen. Eine frühzeitige Diagnose ist wichtig, damit weitere gesundheitliche Schäden vermieden werden. Damit der Patient weiß, ob er an Diabetes mellitus leidet, muss er sich mehreren Testverfahren, wie Nüchternblutzucker-Test, oraler Glukosetoleranztest, Gelegenheitsblutzucker- und Langzeitblutzuckertest sowie HbA1c- und Antikörper-Test unterziehen. In die Medizin des 21. Jahrhunderts nimmt jedoch Digitalisierung ihren Einzug. Künstliche Intelligenz (KI) und Big Data tragen im Wesentlichen zur personalisierten Medizin, auch bezeichnet als Präzisionsmedizin, bei. Die Medizinische Universität Wien entwickelt nun auf Basis von KI eine Methode zur präzisen und schnellen Diagnostik von Diabetes mellitus.

Das digitale Netzhaut-Screening ist ein Verfahren, welches diabetische Veränderungen innerhalb weniger Minuten erkennen kann. Auf Basis der optischen Kohärenztomographie (OCT) entstehen binnen 1,2 Sekunden 40.000 Scans der Netzhaut des Patienten. Diese sind hochauflösende Netzhautbilder mit zwei Millionen Pixel. Gescannt werden verschiedenste Veränderungen der Netzhaut und ihrer Gefäße. Diese sind vom Stadium des Diabetes abhängig. Hier wird zwischen nichtproliferativer und proliferativer diabetischer Retinopathie unterschieden. Bei ersterer erfassen die Scans die in diesem Stadium vorzufindenden Mikroaneurysmen beziehungsweise sackförmige Erweiterungen und Gefäßverschlüsse der Netzhaut. Zudem zeigen sie eine geschwollene Makula und Flüssigkeitsansammlung im benachbarten Gewebe, die aufgrund durchlässiger Kapillarwände entstanden sind. Bei zweiterer weist die Netzhaut Einblutungen und Ödeme auf. Diese entstehen, wenn neugebildete Gefäße, die sich aufgrund Unterversorgung der Netzhaut gebildet haben, reißen. Weiterhin können die Scans Netzhautlöcher erfassen, die eine Vorstufe der Netzhautablösung darstellen. Die Daten der Scans werden dann mithilfe automatisierter Algorithmen analysiert, indem sie mit Standardwerten gesunder Menschen verglichen werden, wobei Abweichungen auf eine Krankheit hindeuten. Grundlage dieser automatisierten Algorithmen bilden die Krankheitsverläufe anderer Patienten, die über einen gewissen Zeitraum ermittelt worden sind. Auf dieser Basis kann der Algorithmus den Verlauf eines jeden neuen Patienten individuell bestimmen.

Somit ist eine Blutabnahme, wie dies noch bei bewährten gängigen Methoden erforderlich ist, nicht nötig. Zudem erhält der Patient eine genaue Diagnose mit Angabe des Diabetes-Stadiums bereits innerhalb weniger Minuten.

Doch das digitale Netzhaut-Screening weist, neben der Diagnose von Diabetes, weiteres Potenzial auf. Es liefert Einblicke in den gesundheitlichen Gesamtzustand und Informationen zum Lebensstil der Patienten, wie zum Beispiel Rauchverhalten. Auch Gefäß- und Gehirnzustand können mit dem digitalen Netzhaut-Screening erfasst werden.

Prof. Ursula Schmidt-Erfurth, Leiterin der Universitätsklinik für Augenheilkunde und Optometrie der MedUni Wien und dort Verantwortliche für die Etablierung der KI in der Augendiagnostik, verfügt über mehrere Patente von Algorithmen des digitalen Netzhaut-Screenings.  "Diese Artificial Intelligence-Medizin ist `super-human`, besser als der Mensch. Die Algorithmen sind genauer und schneller", sagt Prof. Schmidt-Erfurth, "das was hier analysiert wird, kann der Experte mit freiem Auge nicht erkennen." Dennoch kann KI einen Arzt nicht gänzlich ersetzen, sondern dient lediglich als Hilfe, um einerseits innerhalb kürzester Zeit eine Diagnose zu stellen, andererseits richtige und individuelle Entscheidungen bezüglich personalisierter Therapien für Patienten zu treffen und zu planen.

Dennoch bleibt zu berücksichtigen, dass sich einige Patienten aus Angst ein "gläserner Patient" zu werden, der Untersuchung nicht unterziehen wollen. Da die Untersuchungsmethode digital ist, unterliegen die Scans einer Verfälschungsgefahr. Hier haben Forschung und Kliniken die Aufgabe, Verantwortung beziehungsweise regelmäßige Wartung der Medizinprodukte zu übernehmen und Sicherheitssysteme zu entwickeln, die vor Cyberangriffen und Fälschungen schützen und somit zum Schutz der Patientendaten beitragen.

Dennoch überwiegen Vorteile, die mit dem digitalen Netzhaut-Screening einhergehen. Zudem sind die Einsatzmöglichkeiten dieses Screenings noch nicht ausgeschöpft. In kommenden Studien soll überprüft und nachgewiesen werden, welche weiteren Krankheiten es diagnostizieren kann. Eines ist jedoch sicher - das digitale Netzhaut-Screening ist ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der Präzisionsmedizin.