Verbundprojekt: Optimierte Pneumonie/Covid19 Management hospitalisierter Patienten mit Hilfe moderner Lungenultraschall-Bildverarbeitung und Deep Learning (LUSCOV); Teilvorhaben: Klinische Datenerhebung und Evaluierung moderner Bildverarbeitungs- und Deep Learning Tools zur optimierten Point of Care Diagnostik von Pneumonien

Abstract

Ziel des Gesamtprojektes ist es den Lungenultraschall zur Beurteilung Pneumonie bedingter Veränderungen des Lungengewebes für den klinischen Anwender zu verbessern. Diese Diagnoseverfahren soll somit als Point of Care Diagnostik effizienter und spezifischer im Pandemiefall zum Einsatz kommen können. Um die Diagnostik der Thorax-Lungensonographie (LUS) zu erleichtern, werden vom Projektpartner IGD Bildanalysealgorithmen entwickelt, welche LUS spezifische Artefakte von Pneumonien, insbesondere von COVID-19, hervorheben. Darüber hinaus soll eine Klassifizierung dieser Artefakte basierend auf Bewertung aller Lungenareale vorgenommen werden (Scoring). Damit sollen vor allem dem oft überlasteten und im LUS wenig erfahrenen Klinikpersonal die Auswertung erleichtert und ein zeiteffizienteres Management von Pneumonie-Verläufen ermöglicht werden. Die Erhebung der für das Training der KI notwendigen Datensätze war zentraler Bestandteil des WKG-Teilvorhabens (Frames / Cine Loops / Bilder) von allen Thorax-Arealen über mindestens einen Atemzyklus. Dabei sollten sowohl Pneumonien unspezifischer Art wie auch von SarsCOV2 und nicht Pneumonie spezifischen Fällen (Kontrollgruppe) eingeschlossen werden. Ebenso stand die Gewinnung von Ultraschall Rohdaten (RF- Radiofrequenz), empfangen von jedem Einzelelement eines Schallkopfes bei spezifisch pathologischen LUS Artefakten. Da spektrale Informationen bei der üblichen B-Bildgebung (Beamforming) weggefiltert werden, können diese RF-Daten jedoch zusätzliche Gewebeinformationen durch eine erweiterte Analyse beinhalten. Ebenso können auf Basis der RF-Daten ein präziseres Beamforming entwickelt werden, was einer optimierte diagnostischen Artefaktbildvisualisierung ermöglichen kann. Dies ist jedoch Inhalt des Teilvorhabens MEDCOM. Für die Aufnahme der Daten mit klinischen Scannern wie auch des RF-Systems (Verasonics) wurde ein Ethikantrag an der Landesärztekammer gestellt und bewilligt. Daraufhin erfolgte nach Einwilligung von Patienten entsprechend der Einschlusskriterien die vollständige sonographische Aufzeichnung der Thoraxareale (6 pro Lunge(R/L)) von mindestens einem Videoframe. Die grundlegende Anamnese des Patienten wie die Frames wurden daraufhin anonymisiert über eine geeignete Upload Schnittstelle dem Projektpartner IGD zur Verfügung gestellt. Ebenso erfolgte eine Bewertung / Klassifikation der Areale nach pathologischen Artefakten in Korrelation zur Anamnese. Dieses Teilvorhaben ist essenzielle Voraussetzung zur Umsetzung der Innovationen in der Zusammenarbeit mit den Projektpartnern. In Summe wurden die lungenspezifischen Areale (12) von ca. 145 Patienten in Form von sonographischen Videoframes aufgezeichnet. Davon waren ca. 40 Patienten mit SarsCov2 infiziert und aufgrund einer Pneumonie-Symptomatik hospitalisiert, 11 SarsCov2 positive Patienten hatten keine Pneumonie. Weitere 63 Patienten hatten eine anderweitige Pneumonie (Influenza, unspezifisch). Bei ca. 30 Aufnahmen waren Atemwegsinfekte und anderweitige Grunderkrankungen Ursache der Hospitalisierung. Die RF-Daten Aufnahme ist etwas umfänglicher, da diese eine Kooperation des Patienten benötigt und das Handling, die Voreinstellungen des Aufnahmescanners umfangreicher. Im Rahmen des LUSCOV Teilvorhabens wurden ca. 40 Patienten mit pneumoniesupekten Lungenareale jeweils 2-3 Aufnahmen pro-Patient erhoben. Nach Anonymisierung wurden diese dem Projektpartner verschlüsselt zugesendet. Welcher dann die spektrale Auswertung wie auch die Rekonstruktionen, basierend auf bekannten und neuen Beamforming Verfahren, durchführte. Anschließend erfolgte die Bewertung der lungenpathologischen Artefakt Präsentationen im B-Bild in den Rekonstruktionen durch den klinischen Partner (WKG). Die wesentlichen Ergebnisse des Teilvorhabens können nur im Zusammenhang der Analysen beider Projektpartner Medcom und IGD entnommen werden. Für den klinischen Partner waren die Bereitstellung und Bewertung der Datensätze Hauptaufgabengebiet. Zur wissenschaftlichen Verwertung trägt das Teilvorhaben essentiell bei. Ein Abstrakt wurde zum Internationalen Lungenultraschallsymposium ILUS (Trentin 2025) eingereicht und angenommen. Dieser Betrag stellt die Radiofrequenzanalysen basierend auf Dämpfungseigenschaften vor, ein weiterer Beitrag ist mit dem IGD geplant und könnte zum Dreiländertreffen der Sonographischen Fachgesellschaften ÖGUM, SGUM, DEGUM in Davos Oktober 2025 über die Ergebnisse KI optimierte LUS Artefakt Klassifizierung vorgestellt werden.