Schon jetzt treffen wir in vielen Bereichen unseres Alltags auf Künstliche Intelligenz (KI). Bald auch als „Doktor KI“ in der Zahnmedizin?
Voraussichtliche Lesedauer: 15 Minuten
Künstliche Intelligenz in der Zahnmedizin
Gehörte Künstliche Intelligenz (KI), im Englischen Artificial Intelligence (AI), früher in das Reich der Science-Fiction, finden wir heute KI bereits in vielen Bereichen unseres täglichen Lebens. Egal ob selbstfahrende Autos, sprachgesteuerte Lautsprecherboxen wie Alexa und Siri, Schachcomputer, Amazons Kaufempfehlungen, Googles Suchmaschine oder Chatbots: Sie alle wären ohne künstliche Intelligenz nicht möglich.
Aber was versteht man eigentlich unter künstlicher Intelligenz? Fragt man Wikipedia, dann erhält man als Antwort: „Meist bezeichnet künstliche Intelligenz den Versuch, bestimmte Entscheidungsstrukturen des Menschen nachzubilden, indem z.B. ein Computer so gebaut und programmiert wird, dass er relativ eigenständig Probleme bearbeiten kann.“ Andere Autoren definieren KI als „die Fähigkeit eines Systems, externe Daten richtig zu interpretieren, aus solchen Daten zu lernen und diese Erkenntnisse zu nutzen, um durch flexible Anpassung bestimmte Ziele und Aufgaben zu erreichen„1.
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Vereinfacht ausgedrückt versucht KI, intelligentes Verhalten zu automatisieren und Entscheidungsstrukturen des Menschen nachzubilden. Und das ist das Neue. Ein simpler Computer kann viele Aufgaben, beispielsweise Rechenaufgaben, besser erledigen als der Mensch. Der Rechner entscheidet aber nicht, ob die Quadratwurzel aus 196 vierzehn ist. Ganz anders ist die Situation beim autonomen Fahren, wenn hier künstliche Intelligenz eigenständig eine Fahrtroute wählt oder KI eigenständig die Regie, gegebenenfalls für komplette Strecken und auch in komplexen Situationen, übernimmt.
„With AI, the power of it is so incredible, it will change society in some very deep ways.”
Bill Gates, Gründer Microsoft
Entsprechend den geforderten Aufgaben muss jedes KI-System zunächst trainiert werden. Beispielsweise wird ein KI-System, welches eigenständig auf Röntgenbildern Tumore erkennen soll, zunächst mit strukturierten Daten unzähliger Röntgenbildern von gutartigen und bösartigen Tumoren gefüttert, auf denen zuvor Experten die entsprechenden Veränderungen erkannt und markiert hatten. Anhand dieser Referenzdaten erkennt das System bestimmte Muster in den Bildern und lernt nun selbst, mit Hilfe der vorliegenden Daten die Unterschiede zwischen den Tumorarten zu erkennen. Anschließend kann die künstliche Intelligenz nach gleichen oder ähnlichen Mustern in neuen, bisher nicht gesehenen Röntgenbildern suchen und entsprechende Diagnosen treffen. Mit jedem neuen Röntgenbild und mit jeder neuen Berechnung der Daten wird das KI-System besser und besser. Fachleute bezeichnen diese Eigenschaft als Deep Learning. Allerdings ist auch für Experten nicht immer nachvollziehbar, wie das System zu seiner Entscheidung kommt, bzw. welche Daten für die Entscheidung ausschlaggebend sind („Black-box-Algorithmen“)2,3 .
Zwar war das Grundprinzip der künstlichen Intelligenz schon seit Jahrzehnten bekannt4. Aber damals standen weder genügend Rechenleistungen noch Speicherkapazitäten zur Verfügung, um die benötigten Datenmengen zu verarbeiten. Hindernisse, die heute dank Cloud und leistungsfähigeren Computern nicht mehr existieren. Erst seit wenigen Jahren gibt es genügend Rechenkapazität sowie ausreichend Speicher für die notwendigen Daten.
Notruf-KI erkennt den Infarkt, Alibaba-KI diagnostiziert Corona
Im medizinischen Bereich hilft KI bereits Krankheiten zu diagnostizieren, Behandlungen zu personalisieren oder Medikamente schneller zu entwickeln. In der Kopenhagener Notrufzentrale unterstütz die KI das Notfallteam dabei, eingehende Anrufe zu analysieren. Erkennt die KI in der Analyse der Stimme des Anrufers ein Muster, das auf einen Infarkt hindeutet, gibt das System eine entsprechende Warnung aus. Besonders zur Auswertung von Röntgenbildern kommt KI häufig zum Einsatz. Mit durchaus guten Ergebnissen. Im direkten Vergleich Arzt zu KI gab es keinen Unterschied. Während die Künstliche Intelligenz 87 Prozent der Krankheiten richtig erkannte, waren es bei den Ärzten 86 Prozent5.
Erst kürzlich stellte der chinesische Internetgigant Alibaba ein KI-System zur Erkennung von an COVID-19 erkrankten Patienten vor. Benötigt wird lediglich eine Computertomografie (CT) der Lunge. Während ein Arzt zur Auswertung des CT etwa 15 Minuten benötigt, trifft Alibaba`s KI bereits nach 20 Sekunden die Entscheidung, ob eine Coronavirus-Erkrankung Erkrankung oder „nur“ eine herkömmliche Lungenentzündung vorliegt6. Noch befindet sich das System in der Testphase, wo es eine Trefferquote von rund 96 Prozent aufweist. Sollte es in den klinischen Alltag eingeführt werden, wäre es eine enorme Erleichterung für das medizinische Personal.
Schweizer Forscherder École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) haben eine KI entwickelt, die mit Hilfe von Ultraschallbildern („DeepChest“) der Lunge und den Atemgeräuschen („DeepBreath“) nicht nur mit einer Genauigkeit von 95 Prozent asymptomatische Covid-19-Infektionen erkennt, sondern mit einer Genauigkeit von 90 Prozent die Schwere der Erkrankung und die spätere Notwendigkeit künstlicher Beatmung vorhersagt7,8.
Deep-Learning-Algorithmen zur Vorhersage der Diagnose und des Ergebnisses von Covid-19 aus Brustbildern und Atemgeräuschen.
Auch im Bereich der Zahnmedizin entstehen immer neue Anwendung mit Unterstützung durch die Künstliche Intelligenz. Wie in der Medizin ist auch in der Zahnmedizin für KI die Bildauswertung das Hauptthema9. Verständlich, werden doch jährlich über 50 Millionen zahnärztliche Röntgenbilder angefertigt, bspw. zur Diagnostik von Karies oder zur Erkennung von Entzündungen der Zahnwurzel10,11. Außerdem ist das Lesen und die Auswertung von Röntgenbildern, besonders der großen Panoramaschichtaufnahmen oder Computertomographien, besonders aufwendig, zeitintensiv und fehleranfällig. Indem KI durch Algorithmen die Bilddaten systematisch auswertet, kann künstliche Intelligenz bei dieser Tätigkeit wertvolle Unterstützung leisten und die Diagnose verbessern12. KI erkennt nicht nur Füllungen oder Zahnersatz, sondern auch Karis oder Entzündungen im Kieferknochen13,14.
Farbliche Hervorhebung von Zahnfüllungen, Zahnersatz, Implantaten, Karies und Entzündungen mit Hilfe der Software dentalXrai. (https://www.dentalxr.ai/)
Menschengemachte Diagnosen sind nicht immer so eindeutig, wie Patienten glauben. Zu oft haben zwei Experten zwei abweichende Meinungen. Kein Wunder, denn oft handelt es sich bei einer Diagnose um eine subjektive Einschätzung der Situation. Ein Problem, das KI nicht kennt, zumal künstliche Intelligenz nicht subjektiv beeinflusst ist und die getroffene Entscheidung nicht von der Erfahrung des Behandlers abhängt. KI hilft fairere Bedingungen herzustellen und bessere Diagnosen zu stellen. Zugleich bewirkt die künstliche Intelligenz eine enorme Zeiteinsparung für das zahnärztliche Team12 und besticht mit einem stets gleichbleibenden Auswertungsstandard. KI kennt weder schlechte Tage noch einen Achtstundentag. Nur der elektrische Strom muss ständig fließen.
„Künstliche Intelligenz wird zunächst im Bereich der Bildanalyse in der Diagnostik und bei der OP-Planung zum Einsatz kommen“
Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. mult. Wolfgang Wahlster, Professor für Informatik und CEA des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI)
Unbestreitbar gibt es neben der Befundung von Bildern noch weitere Einsatzmöglichkeiten für KI in der Zahnmedizin. Dennoch dürfte die Entwicklung von KI-Systemen zur Auswertung von Röntgenbildern weiterhin im Mittelpunkt der Zahnarztanwendungen stehen.
„Die KI übernimmt dabei nicht die Verantwortung für die Zahnuntersuchung und entscheidet auch nicht über Therapien. Aber sie hebt die Zahnmedizin auf ein standardisiert hochwertiges Niveau und beschleunigt die Analyse von Röntgenbildern enorm, sodass Zahnärztinnen und Zahnärzte die Zeit sinnvoller für das Gespräch mit den Patienten nutzen können.“
Prof. Falk Schwendicke, Lehrstuhl für Orale Diagnostik, Digitale Zahnheilkunde und Versorgungsforschung, Charité – Universitätsmedizin Berlin
Künstliche Intelligenz eröffnet neue Perspektiven. Auch in der Mundhygiene
Schon die jetzt vorhandenen Anwendungen zeigen die Möglichkeiten, die KI für die Zukunft der Zahnmedizin bietet15. Dennoch wird künstliche Intelligenz nicht den Zahnarzt oder die Zahnärztin ersetzen. Zwar führte 2017 in China ein Roboter vollkommen selbstständig die erste erfolgreiche Zahnimplantation durch16, dennoch dürfte dies schon aufgrund des hohen technischen und finanziellen Aufwandes Zukunftsmusik bleiben. Zumal weitere extrem wichtige Faktoren wie Fingerspitzengefühl, zwischenmenschliche Kommunikation und Empathie weiterhin dem Menschen vorbehalten bleiben. Laut einer Umfrage würde sich dennoch fast jeder zweite Patient (43 %) in Deutschland von einem Roboter behandeln lassen. Vorausgesetzt, Roboter sind für die entsprechenden Eingriffe nachweislich besser geeignet als Menschen17.
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Erste erfolgreich durch Roboter vollkommen selbstständig durchgeführte Zahnimplantation
Aber nicht nur für die Zahnarztpraxis, sondern auch für die Zukunft unserer Täglichen Zahnreinigung – um im Bereich der Zähne zu bleiben – bietet KI interessante Möglichkeiten. Erste E-Zahnbürsten mit KI, bspw. Oral-B iO oder Kolibree Ara sind bereits auf dem Markt und bereits in unsere Badezimmer eingezogen. Sie sollen helfen, unsere Putztechnik zu optimieren. Für die Entwicklung dieser E-Zahnbürsten wurden tausende individuelle Putzdurchgänge ausgewertet und daraus gelernt, die unterschiedlichen Putzstile zu erkennen und zu bewerten. Im Mund erkennt die schlaue E-Zahnbürste, welche Zähne bereits gut geputzt wurden oder ob wir Zähne beim Putzen sträflich vernachlässigt haben. Über ein Feedback gibt uns die elektrische Zahnbürste eine entsprechende Warnung und personalisierte Empfehlungen zur Optimierung unserer Zahnputztechnik. Es ist sicherlich nur eine Frage der Zeit, bis uns die intelligente E-Zahnbürste nicht nur auf die optimale Putztechnik hinweist, sondern uns auch über vorhandene Probleme mit den Zähnen oder dem Zahnfleisch informiert.
Künstliche Intelligenz hat großes Potenzial, braucht aber menschliche Intelligenz
Mit dem Ziel, Tätigkeiten effizient steuern oder verwalten und Entscheidungen schneller, präziser und zuverlässiger zu treffen als der Mensch wird künstliche Intelligenz in vielen Bereichen erprobt. Auch in der Zahnmedizin. Hier wird das zahnärztliche Team durch KI von zeitintensiven Tätigkeiten entlastet und bei der Entscheidungsfindung unterstützt. Kein Mensch kann in kürzer Zeit besser enorme Datenmengen objektiv analysieren und Muster erkennen als KI. Aber Kreativität, Flexibilität oder emotionales Handeln, aber auch die Deutungshoheit bleibt dem Menschen vorbehalten. Der Mensch besitzt mehr als nur seine Intelligenz18,19. Mensch und Maschine, sprich „KI“, ergänzen sich daher optimal mit ihren individuellen Stärken.
Und es ist immer der Mensch, der die künstlichen Intelligenz programmiert und den Algorithmus vorgibt, nach dem die künstliche Intelligenz zu ihren Schlüssen gelangt. Dieses Muster ist auch der Grund, warum wir von KI weder spontane Ideen noch Geistesblitze erwarten dürfen. Zwar ist KI bei Intelligenztests oder Schachspielen mitunter gegenüber dem Menschen im Vorteil. Geht es jedoch um die Wahrnehmung oder Mobilität, ist bereits jedes einjährige Kind der KI überlegen20,21. Anderst ausgedrückt: KI-Systeme sind „Fachidioten“, die exakt definierte Tätigkeiten hervorragend erledigen, aber außerhalb ihres Daseinszwecks schon bei den einfachsten Aufgaben kläglich scheitern22.
„Es ist vergleichsweise einfach, Computer dazu zu bringen, Leistungen auf Erwachsenenniveau bei Intelligenztests oder beim Dame spielen zu erbringen, und schwierig oder unmöglich, ihnen die Fähigkeiten eines Einjährigen in Bezug auf Wahrnehmung und Mobilität zu vermitteln.
Moravec’sche Paradox
Die von Visionären oder in Science-Fiction Filmen oft dargestellte Zukunft, in der die künstliche Intelligenz den Menschen beherrscht, wird in der Realität nicht eintreten. Beim Einsatz von KI in der Medizin oder Zahnmedizin wird trotz künstlicher Intelligenz auch künftig das medizinische Personal die entscheidende Rolle spielen. Und das ist auch gut so. Denn dass auch KI versagen kann, zeigte Dr. Watson, der mit KI Ärzte bei der Diagnosefindung unterstützen sollte. Während Watson in der amerikanischen Worträtsel-Show „Jeopardy“ brillierte und als Gewinner aus dem Match mit zwei menschlichen Gegenspielern hervorging23 oder erfolgreich Musik für Kinofilme komponierte24,25, klappte es im medizinischen Bereich nicht immer zur vollen Zufriedenheit der Ärzte. Hatte ein Patient beispielsweise Brustschmerzen, dann tippte Dr. Watson nicht auf die wahrscheinlichsten Diagnosen, nämlich Herzinfarkt, Angina pectoris oder Aortenriss, sondern stattdessen auf eine seltene Infektionskrankheit26–28. Auch bei Therapieempfehlungen für Krebspatienten biss sich Watson zu oft die Zähne aus29.
Denoch: Selbst wenn zurzeit manche Anwendung noch in den Kinderschuhen steckt biete KI viele Chancen und hat das Potenzial unseren Alltag, auch unseren (zahn)medizinischen, grundlegend zu verändern.
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Genießen Sie Zahnpflege auf höchstem Niveau und überzeugen Sie mit Ihrem strahlenden und gesunden Lächeln.
Fühlen Sie sich wohl mit gesunden und gepflegten Zähnen. Man wird es Ihnen ansehen können!
Sehr interessant, ein guter Artikel über KI in der Medizin. Ich wusste nicht, dass es bereits hierfür Anwendungsgebiete gibt. Vielleicht kann eine KI eines Tages Wurzelbehandlungen durchführen, aber die Früherkennung wäre natürlich noch besser!
Danke für diesen spannenden Artikel! Interessant, dass KI sogar in der Medizin zum Einsatz kommt. Ich bevorzuge immer noch den direkten und persönlichen Kontakt mit meinem Zahnarzt oder unserer Kieferorthopädin!
Wow, das ist krass für den Zahnarzt. Ich wusste nicht, dass 2017 in China ein Roboter die erste erfolgreiche Zahnimplantation durchführte. Wenn das erfolgreich war, dann kann vieles anderes sicher auch übernommen werden.
3 Kommentare zu „Künstliche Intelligenz (KI) zur Karieserkennung.“
Sehr interessant, ein guter Artikel über KI in der Medizin. Ich wusste nicht, dass es bereits hierfür Anwendungsgebiete gibt. Vielleicht kann eine KI eines Tages Wurzelbehandlungen durchführen, aber die Früherkennung wäre natürlich noch besser!
Danke für diesen spannenden Artikel! Interessant, dass KI sogar in der Medizin zum Einsatz kommt. Ich bevorzuge immer noch den direkten und persönlichen Kontakt mit meinem Zahnarzt oder unserer Kieferorthopädin!
Wow, das ist krass für den Zahnarzt. Ich wusste nicht, dass 2017 in China ein Roboter die erste erfolgreiche Zahnimplantation durchführte. Wenn das erfolgreich war, dann kann vieles anderes sicher auch übernommen werden.