KI – Wie funktioniert künstliche Intelligenz und wie hilft sie in der Zahnmedizin?

24. Mai 2022

Haben Sie sich auch schonmal gefragt, wie künstliche Intelligenz funktioniert? Welche Technologie steckt dahinter? Wie wird so ein Algorithmus programmiert? Wie kann die KI anhand von Pixeln verschiedene Krankheitsbilder auf einem schwarz-weißen Röntgenbild unterscheiden? Wie wird die KI trainiert und in welchem Umfang geschieht dies? In diesem Beitrag erfahren Sie, wie künstliche Intelligenz in der Zahnmedizin funktioniert und diese weiter bringen kann.

Was ist künstliche Intelligenz?

Eine allgemeine Definition zu künstlicher Intelligenz, kurz KI, gibt es schlichtweg nicht. Man könnte unter dem Begriff beispielsweise jegliche menschlichen Tätigkeiten verstehen, die nun jedoch von Maschinen ausgeführt werden. Andere Definitionen nehmen etwa noch den Aspekt des Anlernens der Maschine durch den Menschen herbei. Das Themenfeld ist dabei bei weitem kein neues. Seit den 1940er-Jahren wird daran geforscht. 1943 wurde mit der Entwicklung künstlicher Neuronen der Startschuss gesetzt. Von dort an haben Forschende den Bereich immer weiter ausgebaut und sind stets zu neuen Erkenntnissen und Durchbrüchen gelangt.

Bedeutend war etwa die Entwicklung des Deep Learnings 2006 oder auch der Einsatz von neuronalen Netzwerken für die Bildklassifikation 2012. Allgemeines öffentliches Interesse erfuhr auch Google’s „AlphaGo“ KI, die 2015 den weltbesten Go-Spieler (ein hochkomplexes Strategie-Brettspiel) schlug. Mittlerweile kann KI auch Texte verfassen, die sich nicht mehr von jenen unterscheiden lässt, die von Menschen geschrieben wurden. Ist dieser Text eventuell auch von einer KI-Software verfasst worden? Sie würden es höchstwahrscheinlich nicht merken.

Die Funktionsweise von KI

Im Grunde ist es die Aufgabe von künstlicher Intelligenz, die Funktionen unseres Gehirns zu erlernen und nachzubauen. Bekannte Beispiele für KI sind etwa Sprachassistenten wie Alexa und Siri, autonomes Fahren oder auch die Fähigkeit von Smartphones Personen auf Bildern automatisch zu erkennen. Darüber hinaus gibt es allerdings noch sehr viel komplexere KI-Systeme, die weitreichenderen Nutzen versprechen.

Ein wichtiger Begriff ist hierbei das Machine Learning. Darunter versteht man die Mustererkennung mithilfe von komplexen, mathematischen Methoden. Ähnlichkeiten werden erkannt und die Daten entsprechend sortiert und bewertet. Ein Unterfeld des Machine Learnings ist das Deep Learning. Hier kommen künstliche neuronale Netze (KNN) zum Einsatz. Für Maschinen sind Bilder eine Ansammlung von Zahlen, sogenannte pixelbasierte Intensitätswerte. Um die Bildinhalte zu erfassen, nutzen Algorithmen Bildfilter. Es handelt sich um viele verschiedene Filter, die beispielsweise Kanten, Rundungen, Ecken oder auch Texturen erkennen können und anschlagen, sobald das entsprechende Kriterium detektiert wird. So wird das Bild systematisch “abgetastet” und daraus mehrdimensionale statistische Muster und Bildeigenschaften extrahiert.

Die Spezifikationen der Filter lernt die Maschine iterativ (durch Wiederholung schrittweise annähernd) und selbstständig. Am Ende ergeben sich daraus Milliarden von Parametern. Die Maschine lernt dabei durch nichtlineare und hochkomplexe mathematische Operationen. Zum “Anlernen” werden der KI tausende, zehntausende oder noch mehr Bilder mit jeweils einem bestimmten Label (Kennzeichnung) zur Verfügung gestellt. So erkennt die Maschine nach und nach Unterschiede zwischen Klassen und Regionen oder kann sogar pixelbasiert beschreiben. Der Bildinhalt (Input) kann somit am Ende eigenständig mit dem entsprechenden Label (Output) assoziiert werden.

Künstliche Intelligenz in der Zahnmedizin

Aus diesem Wissen und der Herangehensweise ist die KI-Software dentalXrai Pro entstanden. Diese unterstützt Zahnärzte bei der Analyse von Röntgenbildern (Panoramaschichtaufnahmen und Bissflügelaufnahmen). Sie ist dazu in der Lage, Zähne und Restaurationen zu klassifizieren und bestimmte Pathologien wie Karies oder apikale Läsionen zu erkennen. Bei der Entwicklung wurde die Software verschiedenen Studien und Tests unterzogen, um die Ergebnisse der KI mit denen verschiedener Ärzte abzugleichen. Tatsächlich war die KI teilweise deutlich genauer als die getesteten Zahnärzte – besonders im Bereich der Früherkennung*.

Trotz hochkomplexer Algorithmen schafft es die Software binnen von Sekunden höchst präzise Ergebnisse anzuzeigen. So kann KI die Zahnmedizin enorm unterstützen. Tägliche Aufgaben, wie eben das Analysieren von Röntgenbildern und Erstellen von Befunden, können so automatisiert werden, was wiederum mehr Zeit für die Patienten schafft.

In diesem Artikel von unseren Mitgründern Prof. Dr. Falk Schwendicke und Dr. Joachim Krois finden Sie ausführlichere Informationen zum Thema Künstliche Intelligenz in der Zahnmedizin.

Darüber hinaus können Sie in der aktuellen Beitragsreihe der ZM Online – ebenfalls von Dr. Schwendicke und Dr. Krois verfasst – noch tiefer in das Thema einsteigen.

 

*Laut Ergebnis der Studie „Detecting caries lesions of different radiographic extension on bitewings using deep learning“ von 2020 erkennt unsere KI „dentalXrai Pro“, im Vergleich zur herkömmlichen Diagnostik durch Zahnärzte, bis zu 3x mehr frühe Kariesläsionen.

Wir freuen uns darauf, Ihnen dentalXrai vorzustellen!

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