SkinDoc: Erklärbare KI für die Teledermatologie

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Mit SkinDoc präsentiert das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche
Intelligenz (DFKI) eine KI-gestützte Lösung für die Teledermatologie

. Die
KI-gestützte Anwendung ermöglicht eine präzise und nachvollziehbare
Bewertung von Hautläsionen, unterstützt durch modernste Methoden der
erklärbaren Künstlichen Intelligenz. SkinDoc verbindet laufende Forschung
mit praktischer Anwendbarkeit und leistet einen wichtigen Beitrag zur
Früherkennung von Hautkrebs. Ab dem 28. Januar 2025 wird der Demonstrator
im neuen KI-Innovations- & Qualitätszentrum (IQZ-Berlin) in den
Räumlichkeiten des Deutschen Technikmuseums permanent ausgestellt und für
die Öffentlichkeit zugänglich sein.

Bei Prävention und erfolgreicher Therapie von Hautkrankheiten spielt eine
frühzeitige Erkennung potenzieller Auffälligkeiten eine entscheidende
Rolle. SkinDoc wurde am DFKI entwickelt, um als KI-gestützte
teledermatologische Gesamtlösung die medizinische Voreinschätzung einfach,
sicher und transparent zu gestalten. Von der Aufnahme der Bilder bei den
Patienten*innen, über die KI-gestützte Diagnose und Entscheidungserklärung
der Hautläsion, bis zur letztlichen Diagnose durch eine*n Ärzt*in, stellt
SkinDoc den gesamten Prozess mithilfe von Erklär-Methoden plausibel und
nachvollziehbar dar.

Adriano Lucieri, Researcher am DFKI im Forschungsbereich Smarte Daten &
Wissensdienste: „SkinDoc ist eine prototypische, KI-gestützte
Teledermatologie-App für das Smartphone, basierend auf modernster,
erklärbarer KI zur Bewertung des Hautkrebsrisikos anhand klinischer
Bilder.“

Für das Training von SkinDoc wurden ausschließlich frei verfügbare
klinische Aufnahmen von Hautläsionen verwendet. Diese wurden vor dem
Training in einem teilautomatisierten Prozess durch Expert*innen kuriert.

Mittels der kurierten Daten wurde die KI in mehreren Durchläufen und unter
der Verwendung verschiedener Trainingsparameter auf das Lösen der
Problemstellung optimiert. Zusätzlich zu dem eigentlichen Training der KI
wurden im Nachgang verschiedene Erklär-Methoden trainiert und
implementiert, um die Entscheidungswege des trainierten KI-Modells während
der Verwendung zu plausibilisieren.

Von der Bildaufnahme bis zur Diagnose: Die Technologie hinter SkinDoc

Schritt 1: Qualitätskontrolle der Bildaufnahmen

Der erste Schritt der KI-Analyse besteht in der Validierung der
Aufnahmequalität. Hier wird automatisiert überprüft, ob die Aufnahme der
Patientinnen einen angemessenen Kontext präsentiert, also eine „reine“
Hautregion mit einer möglichst zentriert dargestellten Läsion.

Schritt 2: KI-Mustererkennung für Vorabdiagnose

Die Diagnose von SkinDoc basiert auf modernster KI-Mustererkennung. Das
KI-Modell wurde mit einer umfangreichen, von Expert*innen sorgfältig
annotierte Bilddatenbank trainiert. Dadurch hat die KI gelernt, wichtige
Muster und Strukturen zu erkennen und neue Bilder mit ihrer Datenbank zu
vergleichen. So ermöglicht sie eine zuverlässige Vorabdiagnose, kann
jedoch nur bekannte Muster identifizieren und keine völlig neuen Merkmale
klassifizieren.

Schritt 3: Heatmaps als visuelle Entscheidungsgrundlage

Die KI generiert zudem eine sogenannte Heatmap, die die Bildabschnitte
nach Relevanz beurteilt und auf einer Skala von „irrelevant“ bis „sehr
relevant“ darstellt. Diese Heatmap zeigt so, welche Bereiche für die
Diagnose entscheidend waren.

Schritt 4: Symmetrie-Analyse als Schlüsselindikator

Ein weiterer Analyseprozess untersucht die Symmetrie des betreffenden
Merkmals. Asymmetrien sind häufig ein Indiz für bestimmte
Hautveränderungen und werden von der KI entsprechend gewichtet.

Schritt 5: Präzise Segmentierung von Hautmerkmalen

Die KI nimmt anschließend eine Segmentierung des Hautmerkmals vor, also
eine Abgrenzung und Klassifizierung der Hautläsion von der umliegenden,
normalen Haut. Dieser Prozess stellt sicher, dass die KI korrekt dazu in
der Lage ist, die eigentliche Hautläsion, von der umgebenden Haut zu
„trennen“.

Schritt 6: Ergebnispräsentation und Erklärbarkeit der KI

Nach Abschluss der Analyse erhält die Nutzer*in die diagnostische
Einschätzung der KI sowie eine Erklärung zu den angewandten
Analyseverfahren. Dieser Schritt schafft darüber hinaus die Möglichkeit,
direktes Feedback von medizinischem Fachpersonal einzuholen.

Vertrauenswürdige KI für die Medizin: Wie SkinDoc Standards setzt

Als vertrauenswürdiges KI-System stellt SkinDoc durch die Implementierung
diverse Erklär-Methoden einen neuen Anspruch an KI-Lösungen in
Risikobereichen. Der Medizinbereich ist dabei prädestiniert für die
Etablierung von Standards für vertrauenswürdige KI, denn er stellt durch
strikte regulatorische Vorgaben, die hohe Sensibilität von Daten und den
direkten Einfluss auf das menschliche Wohlbefinden, strengste
Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und ethische Verantwortung.
Die zwingende Notwendigkeit, medizinische Entscheidungen, welche von KI-
Systemen gestützt oder initiiert werden, transparent und nachvollziehbar
zu gestalten, macht Erklärbarkeit und Robustheit zu unverzichtbaren
Merkmalen von vertrauenswürdigen Lösungen.

SkinDoc im Fokus: Erklärbare KI im neuen IQZ-Berlin

Der SkinDoc-Demonstrator wird ab dem 28. Januar 2025 im neueröffneten IQZ-
Berlin der Mission KI, in den Räumlichkeiten des Deutschen Technikmuseums
permanent ausgestellt – und für die Öffentlichkeit erlebbar sein. Der
Forschungs-Prototyp befindet sich seit 2020 in der Entwicklung.

Mission KI