Blutkörperchen zählen ist eine mühevolle Aufgabe. Da gibt es die roten ohne Zellkern. Und mehrere Sorten von weißen Blutkörperchen. Zum Beispiel die Neutrophilen. Bei ihnen kann man deutlich einen kleinen Zellkern sehen. Oder die Lymphozyten, bei denen der Kern fast das gesamte Zellinnere einnimmt. Rund vierzig Prozent aller Blutbilder müssen noch auf diese Weise von einer Fachkraft am Mikroskop erstellt werden. Am Fraunhofer-Institut für integrierte Schaltungen in Erlangen hat man jetzt ein System entwickelt, das diese Arbeit erleichtern und beschleunigen könnte. Heiko Kuziela führt es vor.
Wir versuchen, den menschlichen Experten nachzubilden. Das Auge wird durch eine Kamera ersetzt, die durch ein Mikroskop auf einen Objektträger schaut. Auf diesem Objektträger befindet sich ein Blutausstrich. Und hier eingefärbt liegen hier verschiedene Zellsorten vor. Die roten Blutkörperchen und die weißen Blutkörperchen. Und uns geht es in diesem Projekt um die weißen Blutkörperchen, die Leukozyten.
Ein Computer übernimmt das Bild von der Kamera und stellt es auf einem Touchscreen dar. Eine Ansammlung von kleinen runden Flecken. Dann beginnt die Suche nach den unterschiedlichen Zellsorten. Ein Mensch würde dafür mindestens eine Viertel Stunde brauchen. Der Computer ist nach ungefähr drei Minuten schon fertig. Kuziela:
Was wir hier gerade sehen ist der Diagnosevorschlag bzw. die Einsortierung des Systems hier vom Computer. Er hat schon die verschiedenen Zellsorten, die er gefunden hat, sortiert. Und das können Sie hier unten rechts am Bildschirm in einer Statistik sehen, wieviel von jeder Sorte da sind. Der Arzt kann daraus schon Rückschlüsse auf ne mögliche Diagnose schließen.
Aber nicht nur die Gesamtstatistik, das Differentialblutbild also, wird dargestellt. Für jede einzelne Zelle liegt ein kleines Portrait vor. Der Arzt ist also der Statistik des Rechners nicht ausgeliefert. Im Zweifelsfall kann er die Bewertung des Computers überprüfen und gegebenenfalls korrigieren. Kuziela:
Das können Sie ganz leicht an diesem System per Touchscreen machen. Sie nehmen einfach eine Zelle, die Ihnen nicht gefällt, die also in eine andere Sorte gehört. Und ziehen sie einfach in das andere Feld zu der richtigen Gruppe hinüber, und damit ist das schon erledigt.
Der Informatiker Heiko Kuziela hat die Algorithmen entwickelt, mit denen der Computer in dem Gewirr aus Bilddaten die entscheidenden Werte identifizieren kann. Bei frei liegenden Zellen ist das nicht besonders schwierig. Knifflig wird es aber, wenn mehrere Blutkörperchen einander berühren. Kuziela:
Der Mensch an sich sieht sehr leicht und automatisch, sag ich mal, ohne nachzudenken, dass es hier eine einzelne Zelle ist. Auch wenn die Zellen nebeneinander liegen oder aneinander anstoßen, ist es für den Menschen kein Problem, die voneinander separat zu erkennen. Das ist mit dem Computer nicht so einfach. Und das ist auch der schwierigste Schritt, die einzelne Zelle klar umrissen herauszutrennen.
Ist das erst einmal geschehen, durchsucht der Rechner das Innere der Zelle. Wie groß ist der Zellkern. Ist er eher rund oder lang gezogen. Gibt es noch andere sichtbare Strukturen. Aus all dem leitet der Computer charakteristische Werte ab, anhand denen er die Zellsorte identifizieren kann. Aber ganz ohne Menschen geht es nicht, denn zuerst einmal muss das System lernen, welche Werte zu welchem Typ von weißem Blutkörperchen gehört. Kuziela:
Dann brauchen Sie einen medizinischen Experten, der dem Computer sagt, welche Zelle er jetzt vor sich hat. Und diese beiden Informationen zusammen speichert sich dann der Computer in einer großen Datenbank. Das können Sie sich als Liste vorstellen, wo er zu jeder Zelle auch weiß vom Experten: das ist diese und jene Zelle.
Noch kann das System nur reife Zellen erkennen, wie sie in normalem Blut vorkommen. Bei manchen Krankheiten, zum Beispiel der Leukämie, finden sich aber auch unreife Blutkörperchen in den Adern oder im Knochenmark. Der nächste große Schritt wird es nun sein, dass der Computer auch diese Vorstufen zuverlässig erkennen kann.
Wir versuchen, den menschlichen Experten nachzubilden. Das Auge wird durch eine Kamera ersetzt, die durch ein Mikroskop auf einen Objektträger schaut. Auf diesem Objektträger befindet sich ein Blutausstrich. Und hier eingefärbt liegen hier verschiedene Zellsorten vor. Die roten Blutkörperchen und die weißen Blutkörperchen. Und uns geht es in diesem Projekt um die weißen Blutkörperchen, die Leukozyten.
Ein Computer übernimmt das Bild von der Kamera und stellt es auf einem Touchscreen dar. Eine Ansammlung von kleinen runden Flecken. Dann beginnt die Suche nach den unterschiedlichen Zellsorten. Ein Mensch würde dafür mindestens eine Viertel Stunde brauchen. Der Computer ist nach ungefähr drei Minuten schon fertig. Kuziela:
Was wir hier gerade sehen ist der Diagnosevorschlag bzw. die Einsortierung des Systems hier vom Computer. Er hat schon die verschiedenen Zellsorten, die er gefunden hat, sortiert. Und das können Sie hier unten rechts am Bildschirm in einer Statistik sehen, wieviel von jeder Sorte da sind. Der Arzt kann daraus schon Rückschlüsse auf ne mögliche Diagnose schließen.
Aber nicht nur die Gesamtstatistik, das Differentialblutbild also, wird dargestellt. Für jede einzelne Zelle liegt ein kleines Portrait vor. Der Arzt ist also der Statistik des Rechners nicht ausgeliefert. Im Zweifelsfall kann er die Bewertung des Computers überprüfen und gegebenenfalls korrigieren. Kuziela:
Das können Sie ganz leicht an diesem System per Touchscreen machen. Sie nehmen einfach eine Zelle, die Ihnen nicht gefällt, die also in eine andere Sorte gehört. Und ziehen sie einfach in das andere Feld zu der richtigen Gruppe hinüber, und damit ist das schon erledigt.
Der Informatiker Heiko Kuziela hat die Algorithmen entwickelt, mit denen der Computer in dem Gewirr aus Bilddaten die entscheidenden Werte identifizieren kann. Bei frei liegenden Zellen ist das nicht besonders schwierig. Knifflig wird es aber, wenn mehrere Blutkörperchen einander berühren. Kuziela:
Der Mensch an sich sieht sehr leicht und automatisch, sag ich mal, ohne nachzudenken, dass es hier eine einzelne Zelle ist. Auch wenn die Zellen nebeneinander liegen oder aneinander anstoßen, ist es für den Menschen kein Problem, die voneinander separat zu erkennen. Das ist mit dem Computer nicht so einfach. Und das ist auch der schwierigste Schritt, die einzelne Zelle klar umrissen herauszutrennen.
Ist das erst einmal geschehen, durchsucht der Rechner das Innere der Zelle. Wie groß ist der Zellkern. Ist er eher rund oder lang gezogen. Gibt es noch andere sichtbare Strukturen. Aus all dem leitet der Computer charakteristische Werte ab, anhand denen er die Zellsorte identifizieren kann. Aber ganz ohne Menschen geht es nicht, denn zuerst einmal muss das System lernen, welche Werte zu welchem Typ von weißem Blutkörperchen gehört. Kuziela:
Dann brauchen Sie einen medizinischen Experten, der dem Computer sagt, welche Zelle er jetzt vor sich hat. Und diese beiden Informationen zusammen speichert sich dann der Computer in einer großen Datenbank. Das können Sie sich als Liste vorstellen, wo er zu jeder Zelle auch weiß vom Experten: das ist diese und jene Zelle.
Noch kann das System nur reife Zellen erkennen, wie sie in normalem Blut vorkommen. Bei manchen Krankheiten, zum Beispiel der Leukämie, finden sich aber auch unreife Blutkörperchen in den Adern oder im Knochenmark. Der nächste große Schritt wird es nun sein, dass der Computer auch diese Vorstufen zuverlässig erkennen kann.