Mit KI die MRT-gestützte Verlaufs- und Therapiekontrolle bei MS optimieren

Expertinnen und Experten des Multiple Sklerose Zentrums (MSZ) an der Klinik für Neurologie und dem Institut für Diagnostische und Interventionelle Neuroradiologie am Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden gehören zu den weltweit ersten Nutzern des Software-Prototyps „MS PATHS Image Evaluation“ (MSPie), der Teil eines auf umfassender Digitalisierung basierten Versorgungsangebotes für MS-Erkrankte ist.

Bei der am Dresdner Uniklinikum angewandten Verlaufs- und Therapiekontrolle werden konsequent standardisierte 3D-Aufnahmen eines Magnetresonanztomographen (MRT) genutzt, um computergestützt kleinste Veränderungen des Zustands der Entzündung des Gehirns und des Volumenverlustes individuell zu erfassen. Hierbei hilft der Ansatz der Künstlichen Intelligenz (KI). Techniken des „Machine und Deep Learnings“ tragen dazu bei, die Präzision des Analyseverfahrens kontinuierlich zu erhöhen. Die auf diese Weise erzeugten neuroradiologischen Analysen unterstützen die Beurteilung der MS-Krankheitsaktivität und deren Verlauf. Damit erleichtern sie die gezielte Entscheidung über mögliche Behandlungsoptionen. MSPie ist eine der Facetten des auf umfassender Digitalisierung basierten Versorgungsangebots für MS-Erkrankte am Dresdner Uniklinikum, zu dem unter anderem auch die Entwicklung Digitaler Zwillinge, Apps oder die datenbasierte Mobilitätsanalyse gehören.

Wenn sich die typischen Zeichen der Multiplen Sklerose zeigen, ist es für bestimmte Therapieoptionen oftmals zu spät. Denn Symptome wie Missempfinden, Sehstörungen oder eine beeinträchtige Motorik können Ausdruck der nicht umkehrbaren Zerstörung von Nervenzellen durch die Entzündung sein. Zehnmal empfindlicher als die klinische Untersuchung ist die Darstellung von Entzündungsherden bzw. Nervenzelluntergängen mittels MRT-Aufnahmen von Kopf und Wirbelsäule. Doch auch die bereits seit etwa 20 Jahren genutzte MR-Bildgebung lieferte bisher gerade in der Verlaufsuntersuchung keine reproduzierbaren quantitativen Daten zur Veränderung von Zahl und Volumen der Läsionen bzw. der Atrophie. „Vieles war im Unbestimmten-Undefinierbaren, allein der Bildeindruck des Neuroradiologen zählte“, sagt Prof. Tjalf Ziemssen, Gründer und Leiter des MS-Zentrums an der Klinik für Neurologie. „Sowohl die entzündlichen Prozesse als auch der Gewebeuntergang lassen sich nun gezielt und entschieden behandeln, weil sie durch präzise quantitative Messung bestimmt und somit frühzeitig erkannt werden können.“

MSPie wertet standardisierte Daten der MRT-Bildgebung automatisiert aus

„Mit der Umsetzung konsequent standardisierter 3D-MRT-basierter, volumetrischer Verlaufsdiagnostik von Gewebeveränderungen chronisch-entzündlicher Erkrankungen des zentralen Nervensystems betreiben wir erstmals eine Diagnostik der subklinischen Erkrankungsaktivität, denn nicht jede Verschlechterung wird durch Symptome für den Neurologen erkennbar. So können wir die Zustandsänderungen der MS wesentlich besser verstehen und bestehende Erkenntnisse der Pathologie durch dynamische Aspekte sinnvoll ergänzen. Aber am wichtigsten ist, dass wir die therapieinduzierten Veränderungen dieser Dynamik nun präzise quantitativ dokumentieren können“, erklärt Neuroradiologe Dr. Hagen H. Kitzler. „Zusammen mit innovativen Verfahren der klinischen Verlaufsbeurteilung von MS und anderer chronischer Erkrankungen entstehen in dem internationalen Forschungsverbund MS PATHS vielversprechende Ansätze, um Therapien auf der Basis eines sogenannten In-vivo-Monitorings mit der MRT zu optimieren. Das ist der Schlüssel für den gezielten Einsatz hochwirksamer Medikamente beziehungsweise einer unmittelbaren Therapieeskalation beim Therapieversagen.“ Eines davon ist das Projekt „MS PATHS Image Evaluation“ (MSPie).

Das Team um Kitzler war das erste, das im Rahmen einer Translations-Studie des MS PATHS-Netzwerkes damit begonnen hat, standardisierte Daten der MRT-Bildgebung nach der Erzeugung automatisiert auszuwerten und im klinischen Alltag zu erproben. Die dazu mit dem Kooperationspartner Siemens entwickelte Software soll jedoch nicht die Neuroradiologin oder den Neuroradiologen bei der Auswertung ersetzen. „Vielmehr geht es darum, deren Expertise mit der maschinellen Analyse zu unterstützen, den quantitativen numerischen Befundaspekt in den Alltag zu integrieren, die Befundung zu beschleunigen, deren Präzision zu erhöhen und von humanen Einschränkungen der Inaugenscheinnahme zu entkoppeln“, erklärt der Neuroradiologe. Der Befunder behält damit die Entscheidung, in dem er die automatisiert erstellten Ergebnisse in jedem Einzelfall bestätigt oder korrigiert. „Dass es dabei nicht zu viele zusätzliche radiologische Arbeitsschritte mehr gibt, haben wir in der gemeinsamen Evaluationsstudie mit der Cleveland Klinik belegt.“ Diese Arbeitsschritte der neuen Software werden anhand von Methoden Künstlicher Intelligenz unterstützt und optimiert.

Zwischen den Ambulanzterminen wacht eine App über MS-Betroffene

Mit der Konectom-App, die in Dresden im Rahmen eines Teilprojektes des Forschungsnetzwerks MS PATHS zusammen mit Partnern wie der Cleveland Klinik oder der John Hopkins Universität in den USA zum Einsatz kommt, führen Patientinnen und Patienten regelmäßig digitale Funktionstests auf ihrem Smartphone durch und bekommen direkt im Anschluss ihre Ergebnisse angezeigt.

Der Nutzen einer solchen App liegt den Dresdner Wissenschaftlern zufolge klar auf der Hand: Während bisher funktionelle Fähigkeiten des Gleichgewichts oder Gehens, der Feinmotorik der Hände sowie der Konzentration nur zu den regulären meistens dreimonatlichen neurologischen Kontrollterminen erfasst werden, ermöglicht Konectom die kontinuierliche Dokumentation in den dazwischenliegenden Zeiträumen. Die diagnostische Lücke zwischen den Untersuchungsterminen kann damit hinsichtlich potenzieller Funktionseinschränkungen und deren Veränderung über die Zeit geschlossen werden. Das ermöglicht dem behandelnden Neurologen, schneller und gezielter auf Krankheitsschübe oder das Fortschreiten der Erkrankung zu reagieren. Und auch für MS-Patientinnen und -Patienten zeigen sich klare Vorteile: Mithilfe der App kann die MS selbst vermessen werden, jeden Monat gibt es ein individuelles Feedback des MS-Zentrums. Gerade bei einer chronischen Erkrankung wie der Multiplen Sklerose sei eine schnelle Reaktion auf neu aufgetretene neurologische Symptome und Funktionsstörungen von großer Bedeutung, erklären die Projektbeteiligten. Mit einer übersichtlichen Darstellung auf einem Dashboard könne die Ärztin oder der Arzt die Patienten optimal beraten.