Forschungsprojekt Mit Künstlicher Intelligenz die Prognose von Menschen mit Herzschwäche verbessern
9. Januar 2024
Carl-Zeiss-Stiftung fördert gemeinsames Projekt in Heidelberg und Mainz
Um die häufig schwer abzuschätzende Prognose des Krankheitsverlaufs und damit die Therapieoptionen von Menschen mit Herzschwäche zu verbessern, arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Heidelberg und Mainz in einem gemeinsamen Forschungsprojekt zusammen. Ziel der Arbeiten ist es, unter Einsatz von Verfahren der Künstlichen Intelligenz sowie Anwendungen aus der Robotik individualisierte Therapien für Patienten mit Herzinsuffizienz zu entwickeln. Das Verbundvorhaben ist federführend an der Medizinischen Fakultät Heidelberg der Universität Heidelberg und an der Universitätsmedizin Mainz angesiedelt und wird von der Carl-Zeiss-Stiftung über einen Zeitraum von sechs Jahren mit fünf Millionen Euro gefördert.
Das Projekt „Multi-dimensionAI: linking scales of information to improve care for patients with heart failure“ wendet sich an eine Patientengruppe, die an einer häufigen Form der chronischen Herzschwäche leidet: Dabei versteift die linke Herzkammer, wobei dennoch eine ausreichende Menge an Blut ausgestoßen wird. Nach Angaben der Experten gibt es keine einheitlichen Behandlungsmöglichkeiten, die die Veränderungen des Herzmuskels rückgängig machen und die Prognose der Betroffenen verbessern können. Unbehandelt kann es langfristig zu Herzversagen kommen, wie Juniorprofessorin Dr. Sandy Engelhardt von der Medizinischen Fakultät Heidelberg betont. Die Wissenschaftlerin ist Sprecherin des Projekts und forscht mit ihrer Arbeitsgruppe „Künstliche Intelligenz in der Kardiovaskulären Medizin“ in den Kliniken für Kardiologie, Angiologie und Pneumologie sowie für Herzchirurgie des Universitätsklinikums Heidelberg. Ko-Sprecher des interdisziplinären Projektteams ist Prof. Dr. Philipp Wild, Leiter der Präventiven Kardiologie und Medizinischen Prävention im Zentrum für Kardiologie der Universitätsmedizin Mainz.
Um die Versorgung und Behandlung von Patienten mit Herzschwäche zu verbessern, wollen die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Künstliche Intelligenz (KI) multi-modal mit den Gesundheitsdaten von mehreren tausend Patienten trainieren. Weil viele Faktoren den Krankheitsverlauf und das Therapieansprechen beeinflussen, soll nach wiederkehrenden Mustern und möglichen Zusammenhängen gesucht werden, um Patientenuntergruppen mit möglichst einheitlichem Krankheitsverlauf zu identifizieren. Dabei werden Patientendaten aus unterschiedlichen Quellen zusammengeführt und als Trainingsmaterial verwendet. „Von der Unterstützung durch die KI erhoffen wir uns, zukünftig Therapien sehr viel gezielter als bisher auswählen und auf ihren Nutzen hin bewerten zu können“, sagt Prof. Engelhardt.
Als konkretes Anwendungsbeispiel für eine KI-gestützte Therapieempfehlung soll eine Bewegungstherapie-Studie angeboten werden, die in den sportmedizinischen Abteilungen des Universitätsklinikums Heidelberg sowie der Universität Mainz entwickelt und betreut wird. Dabei werden die aufgrund der Herzschwäche schnell unter Atemnot leidenden Patienten in ihrem Training von einem individuell angepassten Exosuit unterstützt. Konzipiert wurde er von einem Team um Prof. Dr. Lorenzo Masia, Leiter der Abteilung Biorobotik und Medizintechnik am Institut für Technische Informatik der Universität Heidelberg. Ähnlich einem Außenskelett werden die tragbaren Roboterelemente beispielsweise an Armen, Beinen und Rumpf angelegt, übernehmen einen flexibel einstellbaren Teil des Kraftaufwands und steigern so die Mobilität. Während und nach Abschluss des Trainingsprogramms werden Verbesserungen der Lebensqualität ebenso wie Effekte auf der molekularen bis zur makroskopischen Ebene wiederholt bewertet, was wiederum in das KI-System einfließt.
Das Multi-dimensionAI-Projektteam wird seine Arbeit im Juli 2024 aufnehmen. Projektpartner sind Arbeitsgruppen der beiden Universitätsklinika sowie der Universitäten Heidelberg und Mainz aus den Fachbereichen Kardiologie, Bioinformatik, Sportmedizin, Epidemiologie, Medizintechnik, Pathologie und Rechtswissenschaften. Getragen wird das Projekt zu einem großen Teil von Kooperationen im Rahmen des Deutschen Zentrums für Herz-Kreislauf-Forschung. Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert die Forschungsarbeiten im Rahmen ihres Programms „CZS Durchbrüche: KI in der Gesundheit“. Mit der Ausschreibung verfolgt die Stiftung das Ziel, Universitäten bei der Umsetzung innovativer und wissenschaftlich vielversprechender Grundlagenforschung im Bereich der KI-assistierten Gesundheitsforschung zu unterstützen.