Der Forschungsschwerpunkt Medizintechnik an der Hochschule Landshut will mithilfe von künstlichen Patientendaten KI-Anwendungen für die Bildanalyse sicherer machen. Foto: Colourbox

Stresstest für Künstliche Intelligenz

20.06.2022|Forschungsnews

Der Forschungsschwerpunkt Medizintechnik an der Hochschule Landshut will mithilfe von künstlichen Patientendaten herausfinden, wie sich neuronale Netze in Situationen verhalten, auf die sie nicht trainiert sind. Dies soll helfen, KI-Anwendungen für die Bildanalyse sicherer zu machen.

Eine Künstliche Intelligenz erkennt Krankheitsmuster bei Röntgen- oder MRT-Aufnahmen, hilft bei Diagnosen und empfiehlt Therapien. In der Medizin erleichtert sie damit den Alltag vieler Ärzte und Ärztinnen. KI-basierte Lösungen benötigen jedoch Tausende konkreter Beispiele, um lernen zu können. Gleichzeitig müssen sie überprüft (validiert) sein, um als Medizinprodukt von den Behörden zugelassen zu werden. Die bisher verfügbaren Datenbestände sind allerdings häufig nicht groß genug und nicht repräsentativ für die Allgemeinheit. Noch dazu handelt es sich dabei um hochsensible Patientendaten, die den strengen Regularien der Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) unterliegen und nicht uneingeschränkt verwendet werden können.

Entwicklung von künstlichen Patientendaten

Im Projekt „NeuroTest“ der Hochschule Landshut setzt man daher auf künstliche Daten, Daten also, die von einem Computerprogramm generiert wurden und nicht von echten Menschen stammen. Unter der Leitung von Prof. Dr. Stefanie Remmele, Leiterin des Forschungsschwerpunkts Medizintechnik, entwickelt ein Projektteam in Zusammenarbeit mit dem Münchner Medizintechnik-Unternehmen deepc solche künstlichen Patientendaten. Sie sollen helfen, KI-Modelle der medizinischen Bildgebung systematisch zu validieren. Das Projekt wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit rund 400.000 Euro gefördert.

Prof. Dr. Stefanie Remmele, Leiterin des Forschungsschwerpunkts Medizintechnik an der Hochschule Landshut
Foto: Hochschule Landshut
Die wissenschaftliche Mitarbeiterin Christiane Posselt vor zweidimensionalen MRT-Bildern.
Foto: Hochschule Landshut

Wie verhalten sich neuronale Netze? 

„Die Methoden des maschinellen Lernens feiern derzeit immer neue Erfolge bei der Analyse und Klassifizierung von medizinischen Bildern“, erklärte Remmele. „Was die Genauigkeit angeht, sind die Entscheidungen von Algorithmen oft schon vergleichbar mit den Entscheidungen von uns Menschen.“ Unklar sei allerdings noch, wie sich neuronale Netze – die auf eine bestimmte Datensituation trainiert sind – in einer abweichenden Situation verhalten. „Das ist beispielsweise der Fall, wenn sich die Aufnahme-Hardware oder die Bildgebungsparameter von Radiologie zu Radiologie unterscheiden“, so Remmele. Hinzu komme, dass bei MRT-Daten der Kontrast und die Bildqualität stark schwanken können und die verfügbaren Trainingsbilder nie die gesamte Bandbreite an möglichen Schwankungen abdecken.

Die künstlichen MRT-Bilder simulieren die maximal möglichen Schwankungen von realen Scans.
Bild: Hochschule Landshut

Voraussetzungen für aussagekräftige Ergebnisse

Das Team will daher herausfinden, unter welchen Voraussetzungen KI-Modelle in der Bildgebung ein konstantes und aussagekräftiges Ergebnis liefern. „Hier haben wir bereits den ersten wichtigen Meilenstein erreicht“, freut sich Remmele. „Wir haben künstliche MRT-Datensätze des Schädels in 2D entwickelt, die die maximal möglichen Schwankungen simulieren, die bei realen MRT-Aufnahme auftreten können. Mit diesen Simulationen testen wir jetzt ein neuronales Netz“, erklärt die Landshuter Professorin. So könne festgestellt werden, bei welchen veränderten Parametern (im Vergleich zum Training) dieses neuronale Netz besonders sensibel reagiert. Im nächsten Arbeitsschritt will das Team die Bilddatensimulation auf 3D-Schichtbilder sowie auf die Simulation und Synthese von Gewebetexturen erweitern. „Darüber hinaus verfeinern wir die Testmethoden, um zum Beispiel Empfehlungen zu optimalen Bildgebungsprotokollen zu machen, die eine gewünschte Performanz des Algorithmus sicherstellen“, beschreibt Remmele das Vorgehen.

Der Text erschien im Wissens- und Transfermagazin TRIOLOG, Ausgabe 7.

Über die Hochschule Landshut:
Die Hochschule Landshut steht für exzellente Lehre, Weiterbildung und angewandte Forschung. Die sechs Fakultäten Betriebswirtschaft, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen, Informatik, Interdisziplinäre Studien, Maschinenbau und Soziale Arbeit bieten über 50 Studiengänge an. Das Angebot ist klar auf aktuelle und künftige Anforderungen des Arbeitsmarktes ausgerichtet. Die rund 4.600 Studierenden profitieren vom Praxisbezug der Lehre, der individuellen Betreuung und der modernen technischen Ausstattung. Für Forschungseinrichtungen und Unternehmen bietet die Hochschule eine breite Palette an Projektthemen, die von wissenschaftlichen Fachkräften mit bestem Know-how betreut und umgesetzt werden. Rund 120 Professorinnen und Professoren nehmen Aufgaben in Lehre und Forschung wahr.


Weitere Artikel aus Gesundheit

Gesellschaft Gesundheit Technik

Porträt: Prof. Dr. Bettina Williger, Psychologie mit Schwerpunkt Mensch-Technik-Interaktion

„Ingenieurspsychologie“ mag für den Laien verwunderlich klingen. Die Disziplin kombiniert zwei Wissenschaften, die doch recht unterschiedliche Gegenstandsfelder im Blick haben – hier technische Systeme, dort die menschliche Psyche. Wie das eben doch zusammenpasst, und welche spannenden Forschungsfelder sich hier auftun, erläutert Frau Prof. Dr. Bettina Williger in unserem Interview. Seit kurzem unterstützt sie Studiengangsleiterin Prof. […]
kompletten Beitrag lesen
Gesundheit Technik

Neuartige FFP-Schutzmasken aus Deutschland

Ein Forschungsprojekt an der Hochschule Landshut will den Herstellungsprozess von Mund-Nasen-Bedeckungen in Deutschland verbessern sowie die Filterwirkung der Masken optimieren. Atemschutzmasken sind seit Beginn der COVID-19-Pandemie ein fester Bestandteil unseres Alltags: So ist in den letzten zwei Jahren der Bedarf an FFP2-Masken deutlich gestiegen. Hiervon profitieren vor allem fernöstlicher Hersteller, die bei der Maskenproduktion eine […]
kompletten Beitrag lesen
Gesundheit Technik

Intelligente Gesundheitshelfer für unterwegs

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind die häufigste Todesursache in Deutschland. Medizinische Wearables, die in Echtzeit vitale Parameter wie Blutdruck, Herzfrequenz und Sauerstoffgehalt im Blut messen, könnten helfen, diese Krankheiten frühzeitig zu erkennen und präventiv zu behandeln. Das Projekt Deep-PPG an der Hochschule Landshut will deshalb Wearables für medizinische Anwendungen verbessern und exaktere Messungen der tragbaren Minicomputer ermöglichen. Viele […]
kompletten Beitrag lesen
Gesellschaft Gesundheit

Palliativversorgung von Gehörlosen verbessern

Neue Website informiert Bevölkerung über Forschungsprojekt „DeafPal“ „Für alle Menschen ist es wichtig, dass sie in schwierigen Lebensphasen versorgt werden – und zwar gut versorgt werden.“ Mit diesen Worten beschreibt Wolfgang Sandtner, Sektionsleiter der Abteilung Palliative Care im Klinikum Landshut, die Motivation hinter seiner Arbeit. Auf der Palliativstation stehen seine Patient*innen im Fokus: Es geht […]
kompletten Beitrag lesen
Digitalisierung Gesundheit

Durch 3D-Druck individuell anpassbar für den Alltag

Veronika Selmaier entwickelt in ihrer Bachelorarbeit Unterarmgehstütze Einige Medizinprodukte werden bereits individuell für Patient*innen hergestellt. Bei Unterarmgehstützen ist dies bisher jedoch noch weitestgehend unüblich. Da sie meistens zeitlich begrenzt nach Unfällen oder Operationen eingesetzt werden, handelt es sich üblicherweise um Massenprodukte, die sich zwar kostengünstig herstellen lassen, aber außer einer Längenverstellung keine weitere individuelle Anpassung […]
kompletten Beitrag lesen
Digitalisierung Gesundheit

Operationen in Zukunft erleichtern

Der Forschungsschwerpunkt Medizintechnik an der Hochschule Landshut arbeitet an neuen Methoden, um medizinische Eingriffe besser vorzubereiten bzw. durchzuführen. Von 3D-gedruckten Hüftmodellen bis hin zu Augmented-Reality-Methoden: In der Forschungsgruppe Medizintechnik an der Hochschule Landshut tüfteln die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen an neuen Verfahren, die zukünftig Chirurginnen und Chirurgen bei Operationen unterstützen sollen. 3D-Drucke zur Anpassung von Implantaten […]
kompletten Beitrag lesen
Gesundheit

Digitale Hilfe bei Essstörungen

Die Hochschule Landshut erforscht bundesweit das digitale Beratungsangebot im Bereich Essstörungen und will Fachkräfte und Betroffene mithilfe von Leitlinien unterstützen Essstörungen haben im Rahmen der COVID-19-Pandemie zugenommen. Wer bereits an einer Essstörung leidet, berichtet zudem häufig von einer Verstärkung der Symptomatik. Gleichzeitig waren und sind Hilfsangebote in Präsenz vielfach nur eingeschränkt möglich. Online-Beratungen können diese […]
kompletten Beitrag lesen
Gesellschaft Gesundheit

Landshuter Professorin spricht im Landtag über Folgen von Corona

Prof. Dr. Mechthild Wolff informierte den Sozialausschuss des Bayerischen Landtags über die Situation der Kinder- und Jugendhilfe in Bayern. Welche Auswirkungen hat Corona auf die Kinder- und Jugendhilfe in Bayern? Um diese Frage ging es bei der Anhörung von Sachverständigen im Ausschuss für Arbeit und Soziales, Jugend und Familie, der am 25. November in München […]
kompletten Beitrag lesen

Weitere Artikel aus Technik

Gesellschaft Gesundheit Technik

Porträt: Prof. Dr. Bettina Williger, Psychologie mit Schwerpunkt Mensch-Technik-Interaktion

„Ingenieurspsychologie“ mag für den Laien verwunderlich klingen. Die Disziplin kombiniert zwei Wissenschaften, die doch recht unterschiedliche Gegenstandsfelder im Blick haben – hier technische Systeme, dort die menschliche Psyche. Wie das eben doch zusammenpasst, und welche spannenden Forschungsfelder sich hier auftun, erläutert Frau Prof. Dr. Bettina Williger in unserem Interview. Seit kurzem unterstützt sie Studiengangsleiterin Prof. […]
kompletten Beitrag lesen
Gesellschaft Kunst Technik

Von Licht, Motoren und Kunst

Prof. Dr. Kleimaier von der Hochschule Landshut beschäftigt sich in seinen Kunstwerken mit dem Zusammenspiel von Mensch und Natur und der Zukunft, in der wir leben wollen.
kompletten Beitrag lesen
Technik Wirtschaft

Batterien der Zukunft

Würden Sie sich ein Elektroauto kaufen? Und wenn ja, welches? Zwei Punkte sind hier sicher entscheidend: Wie groß die Reichweite ist, also wieviele Kilometer Sie nach einmal Vollladen fahren können, und wie lange der Prozess des Aufladens benötigt. Es geht also um batteriebezogene Aspekte, und genau hieran arbeiten Dr. Jonathan Flórez Montaño und seine Kollegen […]
kompletten Beitrag lesen
Gesundheit Technik

Neuartige FFP-Schutzmasken aus Deutschland

Ein Forschungsprojekt an der Hochschule Landshut will den Herstellungsprozess von Mund-Nasen-Bedeckungen in Deutschland verbessern sowie die Filterwirkung der Masken optimieren. Atemschutzmasken sind seit Beginn der COVID-19-Pandemie ein fester Bestandteil unseres Alltags: So ist in den letzten zwei Jahren der Bedarf an FFP2-Masken deutlich gestiegen. Hiervon profitieren vor allem fernöstlicher Hersteller, die bei der Maskenproduktion eine […]
kompletten Beitrag lesen
Technik

Welche Antriebskonzepte sind zukunftsfähig?

Prof. Dr. Stefan Arlt, Professor für Energietechnik an der Hochschule Landshut, analysiert mit zahlreichen Branchenexperten die verschiedensten Antriebssysteme hinsichtlich Emissionen und Markterfordernisse. Das Resultat ist ein faktengeladenes Buch, welches eine Antwort auf die Verkehrswende sucht. Politik, Automobilhersteller und Gesellschaft diskutieren unermüdlich über die Zukunft des Autos, über Antriebe und Brennstoffe. Eine Seite fördert Elektroautos, andere […]
kompletten Beitrag lesen
Digitalisierung Technik

Startschuss für mehr Schulwegsicherheit

Das Pilotprojekt „5-Safe“ zur Erhöhung der Sicherheit von Kindern auf dem Weg zum Unterricht konnte nun beginnen. Die Hochschule Landshut übernimmt die wissenschaftliche Leitung. Nach längerer Konzeptphase ist es nun soweit: Das Bundesministerium für Verkehr und Digitales hat für das Projekt „5-Safe“ den Startschuss gegeben. Ziel des Forschungsvorhabens ist, die Sicherheit von Schulkindern auf ihrem […]
kompletten Beitrag lesen
Technik Wirtschaft

Unternehmer brauchen einen langen Atem

Ein Hannoveraner und ein Bayer diskutieren in dieser TRIOLOG-Ausgabe angeregt zu Nachhaltigkeitshemen. Der gegenseitige Austausch hat bereits Tradition. Er begann mit der Diskussion in einem sozialen Netzwerk über die Frage, wie sich eine defekte Kaffeemaschine nachhaltig reparieren lässt. Zwischen dem Landshuter Professor und dem ehemaligen Radprofi sowie Staatssekretär von Alabama (USA) entwickelte sich ein enger […]
kompletten Beitrag lesen
Gesundheit Technik

Intelligente Gesundheitshelfer für unterwegs

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind die häufigste Todesursache in Deutschland. Medizinische Wearables, die in Echtzeit vitale Parameter wie Blutdruck, Herzfrequenz und Sauerstoffgehalt im Blut messen, könnten helfen, diese Krankheiten frühzeitig zu erkennen und präventiv zu behandeln. Das Projekt Deep-PPG an der Hochschule Landshut will deshalb Wearables für medizinische Anwendungen verbessern und exaktere Messungen der tragbaren Minicomputer ermöglichen. Viele […]
kompletten Beitrag lesen
Technik

„Viel Know-how und Mut zu Risiko“

Das Bordnetz ist das Nerven- und Energiesystem eines Autos und somit das Herzstück eines jeden Kraftfahrzeugs. Denn Hunderte bis Tausende von elektronischen Verbindungen entscheiden über die gesamte Funktionalität. Prof. Götz Roderer, Professor für Bordnetzentwicklung an der Hochschule Landshut, im Gespräch mit EINFALLSreich über autonomes Fahren, Innovationen in der Fahrzeugbranche und was Studierende als künftige Bordnetzarchitekt*Innen […]
kompletten Beitrag lesen