Um die Größe eines Herzinfarkts in Laborversuchen zu bestimmen, werten Forschende Bilder von betroffenen Schweineherzen bislang in ca. 90 Minuten aus. Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) beschleunigt den Vorgang auf etwa 20 Sekunden. 

20 Sekunden statt 90 Minuten

Ein Forschungsteam von der Universität Duisburg-Essen und der TU Dresden hat nun eine schnelle und präzise KI-basierte Methode in Basic Research in Cardiology veröffentlicht. Ihr automatisiertes Verfahren beschleunigt die Messung: von etwa 90 Minuten auf 20 Sekunden.

In der Studie wurden knapp 3900 digitale Bilder von TTC-gefärbten Herzschnitten aus Schweinen verwendet. Damit wurde ein Deep-Learning-Modell zur Infarktgrößenbestimmung trainiert. Die Forschenden haben die Bilder digital vorverarbeitet, indem sie störende Hintergründe entfernt und das Bildformat angepasst haben.

Zunächst wurde an einem Teil der digitalen Herzschnitt-Bilder die KI angelernt. Als Referenz für die KI wurden von Hand die Infarktbereiche, die nicht-betroffenen Bereiche und andere relevante Regionen auf den Herzschnitt-Bildern eingezeichnet.

Durch den Einsatz eines speziell trainierten Deep-Learning-Modells auf Basis der U-Net-Architektur konnte die Auswertungszeit pro Experiment von 90 Minuten auf nur 20 Sekunden reduziert werden. „Die Ergebnisse, die das Modell uns in einem unabhängigen Datenset liefert, stimmen bis zu 98% mit unseren manuellen Messungen an Schweineherzen überein“, erklärt Prof. Petra Kleinbongard. Damit stelle die neue Methode eine objektive und zuverlässige Alternative zur herkömmlichen Infarktgrößenmessung dar, die auch in Forschungsverbünden eingesetzt werden kann.

Die Technologie wurde bereits erfolgreich in verschiedenen Herzmodellen getestet und könnte die Forschung zur Kardioprotektion erheblich voranbringen.

Hintergrund

Für die Infarktforschung ist es wichtig zu wissen, wie groß ein Infarkt unter definierten Bedingungen ist und wieviel Herzgewebe dabei abgestorben ist. Eine präzise Bestimmung der Infarktgröße ist unerlässlich, um neue kardioprotektive Behandlungen zu entwickeln. Dazu wird zunächst dem verstorbenen Schwein nach durchlebtem Herzinfarkt das Herz entnommen. Im Anschluss werden Herzschnitte angefertigt, digitale Bilder aufgenommen und schließlich von Hand ausgewertet.

Quelle: Universität Duisburg Essen