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Medizin: Wie KI im Kampf gegen Corona hilft

Wissenschaftler der Universität Augsburg haben eine App auf KI-Basis entwickelt, mit der eine Covid-19-Infektion diagnostiziert werden kann. Künstliche Intelligenz analysiere dabei die Sprache auf für Corona typische Veränderungen, teilte die Hochschule mit. Bereits im März 2020 habe das Entwickler-Team der Universität die Möglichkeit erhalten, zum aktuellen Corona-Virus zu forschen. Neues Ziel: Eine für niedergelassene Ärzte und Interessierte unkomplizierte Anwendung auf der Basis von Smartphone-Technologie zu entwickeln, die das Erkennen einer Covid-19-Infektion berührungslos, in Echtzeit und sogar auf Distanz ermögliche, hieß es.

Im Frühjahr 2020 habe Prof. Dr. Björn Schuller vom Lehrstuhl für Embedded Intelligence for Health Care and Wellbeing damit begonnen, Stimmenaufnahmen aus Wuhan, die er von chinesischen Kollegen erhielt, auszuwerten: Insgesamt verarbeitete das Team den Angaben zufolge zunächst etwa 50 Stimmen von Covid-19-Patienten und etwa 50 Stimmen von nicht infizierten Patienten. „Diese Auswertungen waren erste Lernbeispiele für unseren Computer. Je mehr Stimmen wir auswerten können, umso genauer kann die App später funktionieren“, erläuterte der Informatiker Schuller. „Inzwischen erhalten wir die Daten aus dem Universitätsklinikum Augsburg, leider muss man sagen“, erklärt der Wissenschaftler angesichts der hohen Inzidenzwerte im Corona-Hotspot Augsburg.

Inzwischen liege die Erfolgsquote der Spracherkennungs-App zur Covid-19-Erkennung bei über 80 Prozent, betonte Schuller. „Aber wir sind noch mitten in der Untersuchung, brauchen natürlich weitere Daten, also viele Stimmen sowohl von Covid-19-Erkrankten als auch von gesunden Vergleichskandidaten“. Wie die Hochschule weiter mitteilte, lerne die App mit tiefen neuronalen Netzen, die wesentlichen Merkmale in der Stimme zu repräsentieren, um dann anhand dieser eine Entscheidung zu treffen. „Man kann sich vorstellen, dass sie Covid-19 Einflüsse auf die Stimmbildung heraushören kann, etwa Kurzatmigkeit, oder auch einfach Ermüdung und natürlich Husten oder ähnliches“, sagte Schuller.


KI ermittelt Sterbewahrscheinlichkeit
Unterdessen entwickeln Wissenschaftler der Universität Kopenhagen ein System auf Basis von KI, das mit einer Genauigkeit von rund 90 Prozent vorhersagen kann, ob ein Infizierter an Covid-19 sterben wird. Das berichtete das österreichische Internetportal Futurezone. Ebenfalls könne das System mit einer Wahrscheinlichkeit von 80 Prozent vorhergesagen, ob jemand im Zuge der Behandlung ein Beatmungsgerät benötigen werde, hieß es.

Um die KI zu trainieren, seien die Gesundheitsdaten von rund 4.000 Covid-19-Patienten aus Dänemark eingespeist worden, hieß es. Dadurch seien Muster erkannt worden, die zu schweren Krankheitsverläufen führen könnten. Zu den größten Risikofaktoren zählten ein erhöhter Body Mass Index (BMI), fortgeschrittenes Alter und Bluthochdruck. Die Forscher hoffen demnach, den Bedarf an Beatmungsgeräten mit dem System 5 Tage im Voraus prognostizieren zu können. Dazu müssten sie dem Computer aber Zugriff auf Gesundheitsdaten aller Covid-Patienten geben.


KI unterstützt Personal auf Intensivstationen
Partner aus 13 europäischen Ländern entwickeln derweil im Rahmen des Projekts Envi¬si¬on Modelle, um den Verlauf einer Covid-19-Erkrankung vorherzusagen. Die EU fördere das Projekt mit rund 5 Mio. Euro, teilte das Deutsche Ärzteblatt mit. 19 Partner aus 13 europäischen Ländern arbeiten den Angaben zufolge mit, um Da¬ten von Covid-19-Patienten zu sammeln und das Wissen über die Krankheit zu erweitern, hieß es. Teil des Projekts sei die Entwicklung einer digitalen Softwarelösung, des Sandman.ICU. Mit der Hilfe einer KI solle die Software das Personal auf Intensivstationen bei seinen Entscheidungen unterstützen, hieß es.

Das Programm verarbeite Daten über physiologische Veränderungen, wichtige medizinische Ereignisse und verabreichte Medikamente während der Intensivpflege von Covid-19-Patienten. Die aus vielen Da¬tenquellen auf Intensivstationen gesammelten Patientendaten würden zudem pseudonymisiert auf einem Server der Europäischen Gesellschaft für Anästhesiologie und Intensivmedizin gespeichert und zur wissenschaftlichen Auswertung aufbereitet. Die im Sandman.ICU integrierte KI greife auf diese Datenbank und weitere Quellen zu und präsentiere dem behandelnden Personal in Echtzeit mögliche Krankenverläufe und Therapieoptionen.


KI-System lernt bestimmte optische Details
Auch das Deutsche Forschungszentrum für künstliche Intelligenz (DFKI) hat zusammengetragen, wie KI im Kampf gegen das Corona-Virus eingesetzt wird. Berichten aus China zufolge sähen CT-Aufnahmen des Virus anders aus als die von anderen Viruserkrankungen, so das DFKI. Der Online-Konzern Alibaba setze hierbei ein Lernverfahren ein, das mit CT-Aufnahmen der Lunge von Menschen, die nachweislich an Covid-19 erkrankt seien, trainiert worden sei. Das KI-System lerne aus den Bildern bestimmte optische Details, die die Corona-Erkrankung zu einer Lungenentzündung als Folge eines grippalen Infekts abgrenzen. Für die Corona-Lösung von Alibaba müsse stets eine CT-Aufnahme vorliegen und es stelle sich die Frage, ob dies ein Lösung für akute Fälle und realistische Einsatzszenarien darstellt.

Das Forschungszentrum verwies zudem auf das amerikanische Allen Institute for AI, das einen Datensatz mit 44.000 wissenschaftlichen Artikeln (davon 29.000 Volltexte) der globalen Forschungsgemeinschaft über Corona veröffentlicht habe. Ziel sei es, KI-Methoden zur Verarbeitung natürlicher Sprache (Computerlinguistik und Sprachtechnologie) zu verwenden, um Wissen aus diesen Texten zu extrahieren. Diese Informationsextraktion soll den Angaben zufolge dazu dienen, den Ärzten, die an Corona forschen oder Patienten behandeln, Wissen über laufende Forschungsergebnisse in kondensierter Form zu vermitteln.


KI sagt Corona-Ausbruch hervor
Das DFKI beschäftigt sich darüber hinaus mit der KI-basierten Einsatzplanung für das Desaster-Management. Die Corona-Krise zeige ein ähnlich dynamisches Szenario wie bei Überschwemmungen oder Chemieunfällen mit folgenden Einsatzmöglichkeiten der KI: Vorhersage von Corona-Ausbrüchen, eventuell indirekt über Facebook, Blogs, Webseiten, lokale Nachrichten und offizielle Webseiten von Behörden, die automatisch zu einem Gesamtbild verschmolzen würden. In Ausnahmefällen kämen Whatsapp-Nachrichten, SMS, und Telefonate hinzu. Zusammen mit kommerziellen Apps könne man in Zukunft ein Vorhersagesystem anbieten, bei dem man seine Reisepläne/Flugpläne eingibt, um eine feingranulare Risikoabschätzung für Infektionskrankheiten zu bekommen, hieß es.

Das allgemeine Tracking von Bewegungsdaten durch Apps erlaube die KI-basierte Auswertung, z.B. wo in den nächsten Tagen und Wochen viele Corona-Fälle zu erwarten seien. Dadurch könne ein personalisiertes Ampelsystem in der App bereitgestellt werden, um anzuzeigen, wo wahrscheinlich Corona-Fälle in der Umgebung seien. Dies wiederum könne sehr positiv zur Überprüfung von Auswirkungen der Distanzierung (Ausgangssperren, Ausgangsbeschränkungen, soziale Distanzierung, Rückzug auf Kernfamilie) eingesetzt werden. (ud)

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