KI bietet Hoffnung auf eine verbesserte Kataraktchirurgie in Entwicklungsländern

Während in Ländern mit hohem Einkommen eine adäquate chirurgische Behandlung des Katarakts gewährleistet ist, sind die Operationsergebnisse im globalen Süden oft unzureichend. Mithilfe der Videoaufzeichnung können mögliche Operationsfehler analysiert, das Training verbessert und die Operationsergebnisse nachweislich optimiert werden. Allerdings war dies bisher sehr zeitaufwändig. Mittlerweile gibt es vielversprechende Ansätze, die chirurgische Videoanalyse mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) zu automatisieren. Für die Videoanalyse der in Ländern des globalen Südens üblicherweise verwendeten Operationsmethode wurden jedoch noch keine Deep-Learning-Algorithmen entwickelt. Forscher des Universitätsklinikums Bonn, der Universität Bonn, der Sankara Eye Foundation India und Microsoft Research India wollen dies ändern und einen entsprechenden Algorithmus entwickeln. Ziel ist es, die Ergebnisse von Kataraktoperationen im globalen Süden langfristig zu verbessern. Als ersten wichtigen Schritt haben sie einen Überblick über bisherige KI-Ansätze zur Analyse von Kataraktoperationen zusammengestellt. Die Ergebnisse wurden jetzt in Translational Vision Science and Technology (TVST) veröffentlicht.

Mit 70 Millionen Betroffenen ist Katarakt weltweit die häufigste Ursache für Blindheit und schwere Sehbehinderung. Allein in einem Jahr werden weltweit mehr als 30 Millionen Kataraktoperationen durchgeführt. „Allerdings ist die Belastung durch Katarakt weltweit ungleich verteilt, da Erblindungen durch Katarakt in Ländern des globalen Südens rund zehnmal häufiger vorkommen als in Ländern mit hohem Einkommen“, sagt Dr. Maximilian Wintergerst von der Augenklinik des Universitätsklinikums Bonn (UKB), der auch an der Universität Bonn forscht. „Vor diesem Hintergrund bleibt die Behandlung des Grauen Stars im globalen Süden eine wichtige und große Herausforderung“, sagt Wintergerst.

Zur Verbesserung der Operationsergebnisse sind ressourcenschonende Konzepte erforderlich

Allerdings sind die Operationsergebnisse der Kataraktchirurgie im globalen Süden teilweise schlecht, was vor allem auf eine unzureichende Ausbildung zurückzuführen ist. Je nach Länderkontext sind die Operationsergebnisse bei bis zu 30 bis 50 Prozent der Betroffenen, die sich einer Operation unterziehen, unbefriedigend.“

Dr. Maximilian Wintergerst von der Augenklinik des Universitätsklinikums Bonn (UKB)

„Es besteht daher dringender Bedarf, die Operationsergebnisse dort zu verbessern.“ Die Videoaufzeichnung von Operationen ermöglicht eine nachträgliche Überprüfung des chirurgischen Eingriffs, eine videobasierte Schulung sowie die Überwachung der chirurgischen Qualität und steht nachweislich in direktem Zusammenhang mit der Verbesserung der Operationsergebnisse: „Allerdings ist sie teuer und daher in der Regel nicht verfügbar.“ in Ländern des globalen Südens.“

Im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojekts des UKB, der Universität Bonn, der Sankara Eye Foundation India und Microsoft Research India wird nun ein Algorithmus entwickelt, der Operationsvideos der im globalen Süden häufig verwendeten Katarakt-Operationstechnik automatisch analysiert. Dieser Algorithmus soll nicht nur mit herkömmlichem Bildmaterial funktionieren, sondern auch mit Videos, die von speziell an Operationsmikroskopen angebrachten Smartphones aufgenommen wurden. Die Forscher hoffen, dass dadurch die Ergebnisse von Kataraktoperationen in Gesundheitseinrichtungen im globalen Süden langfristig verbessert werden.

Für die Analyse gängiger Operationstechniken im globalen Süden ist noch keine KI verfügbar

Als ersten wichtigen Meilenstein führten sie eine systematische Literaturrecherche bestehender Algorithmen zur automatischen Videoanalyse von Kataraktoperationen durch. Es gibt vielversprechende erste Ansätze, doch bislang werden nur Videos aus Ländern mit einkommensstarken Gesundheitssystemen genutzt. „Die untersuchten Studien zeigten große Qualitätsunterschiede und stellen eine Herausforderung hinsichtlich der Replikation dar, da es nur wenige öffentliche Datensätze gibt und der Quellcode selten veröffentlicht wird“, sagt Prof. Dr. Thomas Schultz, Co-Autor der Studie, Forschungsgruppe Leiter bei b-it und dem Institut für Informatik der Universität Bonn und Principal Investigator am Lamarr Institute for Machine Learning and Artificial Intelligence. „Unsere Literaturrecherche zeigt, dass die Verfolgung chirurgischer Instrumente und die Erkennung der chirurgischen Phase gut funktionieren, die Beurteilung chirurgischer Fähigkeiten und Komplikationen jedoch derzeit noch eine Herausforderung darstellt.“ Dieser erste Übersichtsartikel zur KI in der Videoanalyse von Kataraktoperationen ist jetzt in Translational Vision Science and Technology (TVST) veröffentlicht.

Der nächste Schritt besteht darin, einen Algorithmus zu entwickeln, der Operationsvideos der im globalen Süden häufig verwendeten Katarakt-Operationstechnik automatisch analysiert. Wie die Forscher der Universität Bonn und des UKB bereits zeigen konnten, können Bildaufnahmen von Smartphones beispielsweise in Indien die augenärztliche Versorgung verbessern. „Daher könnte die kostengünstige Smartphone-basierte Videoaufzeichnung von Kataraktoperationen eine gezielte Lösung zur Verbesserung von Ausbildung und Operationsergebnissen in Ländern des globalen Südens sein“, ergänzt Prof. Dr. Frank Holz, Direktor der UKB-Augenklinik. „Allerdings ist ein Vergleich von Smartphone-basierten und etablierten konventionellen Videoaufzeichnungssystemen notwendig, um die Machbarkeit, einschließlich der Qualität der gewonnenen Daten, beurteilen zu können.“

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