Developing personalized biomarkers of subclinical arterial pathology with deep learning in carotid ultrasound images
Herz-Kreislauf-Erkrankungen, insbesondere Herzinfarkt und Schlaganfall, sind weltweit die häufigste Todesursache.
Für den ihnen zu Grunde liegenden pathologischen Prozess, die Atherosklerose („Arterienverkalkung“), kennt man verschiedene allgemeine Risikofaktoren (Rauchen, Diabetes, Bewegungsmangel etc.), aber eine Abschätzung des individuellen Risikos ist schwierig. In der subklinischen Phase, d. h. vor Eintritt von Krankheitssymptomen, kann man atherosklerotische Veränderungen in den Halsschlagadern durch eine Ultraschalluntersuchung – ein einfaches und kostengünstiges Verfahren – nachweisen, die bisherige Methodik führt aber im Vergleich zur Betrachtung der allgemeinen Risikofaktoren nicht zu einer besseren individuellen Risikovorhersage. Allerdings lassen sich mit einer Ultraschalluntersuchung verschiedene Parameter erkennen, für die bisher kein gesicherter Zusammenhang mit dem Erkrankungsrisiko ermittelt wurde, so dass sie in die individuelle Risikobewertung nicht einfließen.
Mit dem Forschungsvorhaben verfolgt Dr. Georgakis das Ziel, auf der Grundlage von Ultraschallbildern der Halsarterien eine genauere individuelle Abschätzung des Risikos für Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu ermöglichen, so dass gezieltere Vorbeugungsmaßnahmen ergriffen werden können. Dr. Georgakis steht eine Datenbank mit Ultraschallaufnahmen und Gesundheitsdaten von fast 50.000 Patientinnen und Patienten zur Verfügung. Ausgehend von diesem Material möchte Dr. Georgakis mit computergestützten Methoden der künstlichen Intelligenz sowie mit gentechnischen, humangenetischen und histologischen Verfahren folgende Fragen beantworten:
- Gibt es in den Ultraschallaufnahmen wiederkehrende Muster, die bisher übersehen wurden? Besteht ein Zusammenhang mit bestimmten Eigenschaften der betreffenden Patientinnen und Patienten?
- Welcher Zusammenhang besteht zwischen den so gefundenen Mustern und dem weiteren Schicksal der Patientinnen und Patienten insbesondere im Hinblick auf das Auftreten von Herzinfarkt und Schlaganfall?
- Besteht ein Zusammenhang zwischen den beobachteten Mustern und bestimmten Kombinationen von Genvarianten?
- Besteht ein Zusammenhang zwischen bestimmten Genkombinationen und dem Erscheinungsbild der atherosklerotischen Veränderungen im Gewebe der Blutgefäße?
Insgesamt möchte Dr. Georgakis mit den Arbeiten eine gezieltere, individualisierte Vorbeugung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen ermöglichen und die Voraussetzungen für die weitere Erforschung individueller Risikofaktoren schaffen.