Physiker entwickeln intelligente Bildgebung zur Früherkennung von Hautkrebs

Team der Leibniz Universität Hannover ist am Projekt iToBoS beteiligt, das die Europäische Union mit zwölf Millionen Euro fördert.

Drei Wissenschaftler der Leibniz Universität Hannover (LUH) forschen in dem neuen internationalen Projekt iToBoS daran, die Mortalitätsrate von Hautkrebserkrankungen durch Diagnose im frühesten Stadium zu senken. Sie arbeiten an der erstmaligen Verknüpfung von Bildgebung mit allen relevanten individuellen Patienteninformationen. Die Europäische Union fördert das interdisziplinäre Projekt, an dem auch eine Patientenorganisation beteiligt ist, mit insgesamt zwölf Millionen Euro in den nächsten vier Jahren im Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020.

Der Name ist Programm: Das Akronym iToBoS steht für „Intelligent Total Body Scanner for Early Detection of Melanoma“, übersetzt „Intelligenter Körperscanner zur Melanom-Früherkennung“. Und genau so einen mit künstlicher Intelligenz arbeitenden Hautkrebsscanner entwickelt das Team von iToBoS. Die Idee, die Haut mit optischen Technologien wie etwa Bildgebung, Optische Kohärenztomographie oder Laseranalytik zu scannen, um so Hautveränderungen zu entdecken, wird derzeit breit erforscht. In der Praxis ist jedoch bisher nur die visuelle Diagnostik auf Basis eines Dermatoskops, das auf die verdächtigen Hautstellen aufgelegt wird, etabliert. Durch den Kontakt können Diagnosen verfälscht und die Erfassung zeitlicher Veränderungen erschwert werden. Die iToBoS-Forschenden wollen nun die Diagnosepräzision mit Hilfe berührungsloser Bildgebung, die die gesamte Hautoberfläche gleichzeitig erfasst, und individueller Patientendaten erhöhen.

Verknüpfung von Bildgebung und Patientendaten

Der iToBoS-Ganzkörperscanner soll mit optischer Bildgebung und künstlicher Intelligenz (KI) ausgestattet werden, so dass Informationen aus ganz unterschiedlichen Quellen – vom dermatoskopischen Bild bis zur Patientenakte – in die Diagnose einfließen. Dabei sollen auch spezifische Merkmale wie Alter, Geschlecht, Vorerkrankungen sowie Lage und Größe der Hautfehlbildung berücksichtigt werden. Das System wertet selbständig die gesamte erfasste Hautoberfläche aus, ermittelt die verdächtigen Hautstellen und führt eine Analyse aller Daten durch. Außerdem kümmern sich die iToBoS-Partner um den Umgang mit den sensiblen Patientendaten und deren Verschlüsselung. Denn dies ist von großer Bedeutung für die Zulassung und Akzeptanz des neuen Systems am Markt.

Die KI im geplanten Hautkrebsscanner soll nicht nur Hautkrebs diagnostizieren, sondern erstmals auch transparent darlegen, welche Informationen für die Einschätzung des Krankheitsbildes herangezogen wurden. Dadurch kann dann eine umfassendere, auf die Patientin oder den Patienten zugeschnittene Diagnose gestellt werden. Durch regelmäßige Untersuchungen soll das System auch in der Lage sein, die Veränderungen von Muttermalen zuverlässig zu erkennen und zu dokumentieren. Dadurch könnten künftig Hautkrankheiten deutlich früher erkannt werden.

Je früher der schwarze Hautkrebs entdeckt wird, desto höher sind die Heilungschancen: Im Frühstadium erkannt, überleben mehr als 90 Prozent der Betroffenen die ersten fünf Jahre nach Behandlungsbeginn. Wird der Krebs erst zu einem späten Zeitpunkt diagnostiziert und hat schon gestreut, überlebt nur rund ein Viertel diese Phase. Mit mehr als 144.000 Neuerkrankungen im Jahr 2018 allein in Europa, ist der schwarze Hautkrebs (kutanes Melanom) die sechsthäufigste Krebsart. Ein zuverlässigeres Diagnosesystem kann die Zahl der Hautkrebstoten deutlich verringern, die Gesundheitssysteme entlasten und hat somit eine hohe sozio-ökonomische Relevanz, sind sich die beteiligten Forscher der LUH sicher.

Fokus an der LUH auf Beleuchtungs- und Abbildungssystem

Um den neuen Hautkrebsscanner zu entwickeln, kooperieren insgesamt 19 Partnerorganisationen aus Europa, Asien und Australien, darunter fünf Forschungs- und Hochschuleinrichtungen, zehn Unternehmen, drei Krankenhäuser und eine Patientenorganisation. Koordiniert wird iToBoS von Prof. Dr. Rafael Garcia von der Universität Girona (Spanien).

„In Hannover konzentrieren wir uns auf die Entwicklung des Beleuchtungs- und Abbildungssystems, das insbesondere abstimmbare Optiken für die Bildgebung einsetzt“, sagt Prof. Dr. Bernhard Roth, Leiter des Hannoverschen Zentrums für Optische Technologien (HOT) an der LUH. Bereits seit vielen Jahren forscht Roth zur optischen Detektion von Hautkrankheiten. Diese Erfahrungen bringt er nun in dem neuen Projekt ein. Maßgeblich unterstützt wird er dabei von zwei Wissenschaftlern am HOT, Lennart Jütte und Gaurav Sharma, die beide an ihrer Promotion arbeiten.

Roth leitet zudem die Arbeitsgruppe Präzisionsmetrologie im Exzellenzcluster „PhoenixD: Photonics, Optics, Engineering – Innovation across Disciplines“, in dem an digitalen Optiken der Zukunft geforscht wird. Die optischen Technologien zeichnen sich dadurch aus, dass sie als Schlüsseltechnologien in zahlreichen Anwendungen von Industrie über Landwirtschaft bis zu Lebenswissenschaften zum Einsatz kommen.

„Die größte Herausforderung des Projekts ist es, Bildgebung, mechanisches Design und künstliche Intelligenz in Einklang zu bringen“, sagt Lennart Jütte. „Das internationale Team hat einen sehr praxisorientierten Ansatz zur Problemlösung. Wir sind froh in einem solchen Umfeld zu forschen. Dadurch können die Ergebnisse sehr schnell weltweit zum Einsatz kommen“, fügt sein Kollege Gaurav Sharma hinzu.

Weitere Informationen zum Projekt iToBoS: https://itobos.eu/

Hinweis an die Redaktion:
Die Wissenschaftler stehen für Fragen zur Verfügung. Bitte wenden Sie sich an:

Prof. Dr. Bernhard Roth, Leiter des Hannoverschen Zentrums für Optische Technologien (HOT) und Taskgruppenleiter im Exzellenzcluster PhoenixD: Photonics, Optics, Engineering – Innovation across Disciplines, Tel. +49 511 762 17907, E-Mail: bernhard.roth@hot.uni-hannover.de

Lennart Jütte, M.Sc., Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Hannoverschen Zentrum für Optische Technologien (HOT), Tel. +49 511 762 19212, E-Mail: lennart.juette@hot.uni-hannover.de

Gaurav Scharma, M.Sc., Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Hannoverschen Zentrum für Optische Technologien (HOT), Tel. +49 511 762 19502, E-Mail: gaurav.sharma@hot.uni-hannover.de