Blick statt Nadel: Eine neue Studie aus Israel stellt einen bedeutenden Fortschritt in Richtung nicht-invasiver Bluttests dar – eines der wichtigsten Ziele der modernen Diagnostik.

Forscher der Universität Tel Aviv und des Sheba Medical Center in Ramat Gan haben ein System auf Basis Künstlicher Intelligenz (KI) entwickelt. Dieses bestimmt Hämoglobinwerte und die Anzahl roter Blutkörperchen anhand einer kurzen Videoaufnahme der Blutgefäße in der Bindehaut des Auges. Die Bindehaut ist die transparente Membran, die das Weiße des Auges bedeckt. Die Untersuchung erfolgt ganz und gar nicht-invasiv. Weder Nadelstich noch Blutentnahme sind dafür erforderlich.

Die Studie wurde von Tamir Denis, Masterabsolvent der Universität Tel Aviv, in Zusammenarbeit mit den Forschungsgruppen von Haim Suchowski (Fakultät für Physik und Astronomie) und Lior Wolf (Fakultät für Computerwissenschaften und KI) sowie Forschenden des Sheba Medical Center durchgeführt: Ygal Rotenstreich, Leiter der Klinik für Elektrophysiologie und des Labors für Netzhautforschung, sowie Ifat Sher-Rosenthal, Chefin des Labors für regenerative Netzhauterkrankungen.

Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift »npj Digital Medicine«, einem Teil des »Nature«-Zeitschriftenportfolios, veröffentlicht.

Hämoglobinwerte und rote Blutkörperchen werden mithilfe eines Videos bestimmt.

Bluttests gehören weltweit zu den häufigsten medizinischen Verfahren, erfordern aber nach wie vor invasive Blutentnahmen und auch aufwendige Laboranalysen. Frühere Versuche, Blutwerte mithilfe bildgebender Verfahren aus anderen Körperteilen oder -regionen vorherzusagen, lieferten noch keine ausreichend aussagekräftigen Zusammenhänge.

Jetzt aber ist das Team überzeugt, dass die neue Technologie künftig schnellere und leichter zugängliche Tests ermöglichen und vor allem für Regionen oder Länder mit eingeschränkter Gesundheitsversorgung einen echten Wendepunkt darstellen könnte. Gerade bei Anämie (Blutarmut), einer der weltweit häufigsten Erkrankungen, die rund 30 Prozent der Weltbevölkerung betrifft, könnte dies von großer Bedeutung sein.

Die Technologie trägt den Namen »Video-to-Vessels«

Die Technologie aus Israel trägt den Namen »Video-to-Vessels«. Dabei werden hochauflösende Videoaufnahmen der winzigen Blutgefäße in der Bindehaut des Auges in eine kompakte digitale Darstellung der Gefäßstruktur und der Blutflussdynamik umgewandelt. Diese Informationen werden anschließend in ein KI-System eingespeist, das darauf trainiert ist, Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften des Blutflusses und wichtigen Blutmarkern wie Hämoglobin- und Erythrozytenwerten zu erkennen.

»Besonders fasziniert hat uns die Tatsache, dass man in diesem Bereich des Auges nicht nur die Blutgefäße sehen, sondern in manchen Fällen sogar den Blutfluss selbst beobachten kann«, erklärt Studienleiter Denis. »Das macht die Bindehaut zu einem einzigartigen und äußerst interessanten Forschungsgebiet.« Die Untersuchung umfasste 224 Teilnehmer. Neben Standardbluttests wurde bei allen Probanden eine Bildgebung der Bindehaut mit einer RGB-Kamera bei 50-facher Vergrößerung durchgeführt. Von beiden Augen wurden jeweils zehn Sekunden lange Video­sequenzen aufgenommen.

Das wichtigste Ergebnis sei gewesen, dass das System eine Genauigkeit von 82,8 Prozent bei der Erkennung von Anämie erreichte, hebt Denis hervor. Darüber hinaus zeigte sich eine starke Korrelation zwischen den Vorhersagen der KI und den Laborwerten sowohl für den Hämoglobinwert als auch für die Anzahl der roten Blutkörperchen.

Ein weiteres besonders bemerkenswertes Ergebnis sei die Fähigkeit des Systems, selbst feinste Unterschiede in extrem dünnen Blutgefäßen zu erkennen. Gerade diese Gefäße lieferten laut Studie die genauesten Informationen zur Vorhersage des Hämoglobinwerts. Die Forscher erklären dies damit, dass sich in sehr engen Gefäßen die Blutzellen einzeln bewegen. Dadurch lassen sich Blutflussmuster und Veränderungen im Zusammenhang mit der Hämoglobinkonzentration besonders gut identifizieren. KI-Modelle, die ausschließlich mit diesen kleinen Gefäßen trainiert wurden, erzielten deutlich bessere Ergebnisse als solche, die auf größeren Gefäßen basierten.

Gerade bei Anämie (Blutarmut), einer der weltweit häufigsten Erkrankungen, könnte das Verfahren von großer Bedeutung sein.

Ein weiteres wichtiges Resultat sei die Bedeutung der Videoverarbeitung. Die Stabilisierung der Augenbewegungen und die Entfernung digitalen Rauschens hätten die Leistung des Systems deutlich verbessert, erläutert Denis. Wurden diese Schritte weggelassen, sank die Vorhersagegenauigkeit um 38 Prozent für den Hämoglobinwert und um 19 Prozent für die Anzahl der roten Blutkörperchen.

Nach Meinung des Forscherteams öffnet die Methode eine erweiterte Möglichkeit, an medizinische Erkenntnisse zu gelangen: »Für uns stellt dies eine neue Quelle physiologischer Informationen dar, die, kombiniert mit Bildverarbeitung und Künstlicher Intelligenz, die Testdurchführung und auch den Zugang zu den Untersuchungen in Zukunft grundlegend verändern könnte. Unsere Studie ist ein erster Schritt in diese Richtung.«

Es handelt sich um eine Machbarkeitsstudie

Gleichzeitig heben die Experten hervor, dass es sich noch um eine sogenannte Machbarkeitsstudie handelt. Dies bedeutet, dass, bevor die Technologie in der klinischen Praxis eingesetzt werden kann, größere und vielfältigere Studien notwendig sein werden. Langfristig halten die Beteiligten jedoch ein kompaktes Handgerät für realistisch, das als Screening-Instrument in Kliniken, ambulanten Einrichtungen oder sogar zu Hause eingesetzt werden könnte.

Rotenstreich sieht in den Ergebnissen ein großes Potenzial: »Wir sehen diese Studie als einen wichtigen Schritt hin zur Entwicklung einer neuen Generation nicht-invasiver medizinischer Tests. Die Möglichkeit, auf diese Weise Informationen zu gewinnen, ist außerordentlich bedeutsam.«

Auch Denis ist begeistert: »Mich hat an dieser Forschung von Anfang an das Potenzial fasziniert, das Leben der Menschen wirklich zu verbessern, vor allem dort, wo der Zugang zu medizinischer Infrastruktur eingeschränkt ist.«