Title: Künstliche Intelligenz in der Röntgendiagnostik
Course: Neue Aufgaben zum Thema Künstliche Intelligenz > Section: Physik, Q-Phase

Ausgangssituation: Diagnose bei der Hausärztin

Paul wurde von seiner Hausärztin an die Radiologie^^[1] überwiesen. Die Ärztin vermutet bei ihm eine Lungenentzündung. Zur näheren Abklärung ihres Verdachts hat sie eine Thorax-Röntgenaufnahme angeordnet.

Bei seinem Termin in der radiologischen Praxis erhält Paul verschiedene Informationen zur anstehenden Untersuchung. Zur Funktionsweise liest er:

In der Röntgendiagnostik macht man sich die unterschiedliche Absorptionsfähigkeit von verschiedenen Materialien und Dicken zunutze. Bei der klassischen, analogen Bildgebung werden die Röntgenstrahlen, die den Körper durchdrungen haben, mithilfe von Verstärkerfolien zunächst in sichtbares Licht umgewandelt. Dieses schwärzt dann einen sogenannten Röntgenfilm je nach Intensität des auftreffenden Lichts unterschiedlich stark.

[1] Die Radiologie ist ein Teilgebiet der Medizin. Darin beschäftigt man sich mit bildgebenden Verfahren und ihrer Anwendung zu diagnostischen und wissenschaftlichen Zwecken.

Aufgabe 1: Thorax-Röntgenaufnahme

In der Abbildung ist eine typische Thorax-Röntgenaufnahme dargestellt.

Aufgabe 1

Erklären Sie kurz, weshalb Knochen auf der Röntgenaufnahme weiß und beispielsweise die beiden Lungenflügel eher schwarz dargestellt sind.

Bildquelle: Hellerhoff, CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thorax_mit_bds_Unterlappen-Atelektase.jpg (zuletzt aufgerufen am 25.05.2025)

Lösung zu Aufgabe 1

Knochen haben eine deutlich höhere Dichte als das Gewebe in der Lunge. Die Knochen absorbieren die Röntgenstrahlung daher deutlich stärker als das Lungengewebe, sodass der Röntgenfilm dort kaum geschwärzt wird.  Je dicker die knöchernen Strukturen sind, desto heller erscheinen diese auf dem Röntgenfilm. Im Gegensatz zur Wirbelsäule sind die Rippenbögen auf der Röntgenaufnahme daher leicht grau erkennbar.

Aufgabe 2: Einsatz eines KI-Systems

Darüber hinaus erklärt die Radiologin Paul, dass es aktuell große Fortschritte beim Einsatz von Systemen Künstlicher Intelligenz gibt. In ihrer Praxis wird seit einigen Monaten ein KI-System eingesetzt, das das ärztliche Fachpersonal bei der Auswertung von Röntgenbildern und der daraus resultierenden Diagnose unterstützen soll. Paul muss nun entscheiden, ob bzw. inwiefern das KI-System bei der Auswertung seiner eigenen Röntgenaufnahmen eingesetzt werden soll. Dafür erhält er einen Aufklärungs- und Einwilligungsbogen, den er sich im Wartezimmer in Ruhe durchlesen und dann eine Entscheidung treffen soll.

zum Aufklärungs- und Einwilligungsbogen

Aufgabe 2

Schauen Sie sich die vier Diagnosemethoden im Kasten auf dem Aufklärungs- und Einwilligungsbogen an und überlegen Sie, für welche der Optionen Sie sich spontan, ohne weitere Bedenkzeit am ehesten entscheiden würden.

Aufgabe 3: Kriteriengeleitete Entscheidungsfindung

Im Wartezimmer erinnert Paul sich daran, dass er vor ein paar Wochen bereits einen Artikel zum Einsatz von KI-Systemen in der Radiologie gelesen hat. Er findet diesen Artikel unter folgendem Link wieder:

https://www.uk-brandenburg.de/aktuelles/details-zu/kuenstliche-intelligenz

Aufgabe 3

a) Lesen Sie sich sowohl den Aufklärungs- und Einwilligungsbogen als auch den Artikel aufmerksam durch, um einen Eindruck von Pauls Situation zu erhalten.

b) Nennen Sie Kriterien, die bei Pauls Entscheidung bzgl. der Diagnosemöglichkeiten eine Rolle spielen könnten.

c) Vergleichen Sie die Kriterien mit Ihren Mitschülerinnen und Mitschülern, einigen Sie sich auf 4-6 Kriterien und teilen diese für die Weiterarbeit (Aufgabe 4) untereinander auf.

Link zuletzt aufgerufen am 25.05.2025

Ideen für mögliche Kriterien (zu Aufgabe 3)

- Zuverlässigkeit der Diagnose
- Arbeits- bzw. Zeitaufwand
- Vertrauen
- Datenschutz
- Kosten
- (rechtliche) Verantwortung
- Persönliche Interaktion
- Objektivität
- Diskriminierung
- Gleichberechtigung

Aufgabe 4: Argumente sammeln

Hinweis: Bevor Sie die folgende Aufgabe bearbeiten, sollte eine Sammlung der Kriterien und zur Arbeitsteilung eine Aufteilung dieser Kriterien auf die Kursmitglieder stattgefunden haben.

Aufgabe 4

a) Sammeln Sie passend zu Ihrem Kriterium Argumente, die Paul in seine Entscheidung einfließen lassen könnte. Recherchieren Sie weitere Informationen und Fakten, die Sie dafür benötigen.

b) Tauschen Sie sich mit Ihren Mitschülerinnen und Mitschülern über die gesammelten Argumente zu den verschiedenen Kriterien aus.

Ideen für mögliche Argumente

(ohne Zuordnung zu Kriterien)

- Zeit- und Arbeitsersparnis für Radiolog_innen; verringerte Arbeitsbelastung; Konzentration auf andere Bereiche möglich, z.B. mehr Zeit für Patientenkontakt (soziale Ebene)
- Notwendigkeit einer „Sicherheitsstufe“, z.B. durch gezielte Überprüfung bestimmter Bilder (z.B. bei einem Befund durch das KI-System)
- KI-System kann keine Verantwortung für Fehldiagnosen übernehmen -> rechtliche Konsequenzen, Haftung unklar
- Schnellere Diagnose mit KI-System
- Diagnosen auch durch weniger geschultes Personal möglich
- Patient_innen möchten eine sichere Diagnose, Verringerung von Fehldiagnosen
- Möglicher Bias im KI-System, ggf. funktioniert die Diagnose unterschiedlich gut, Risiko der Diskriminierung
- Weitere Informationen können anhand der Bilder gesammelt werden (z.B. Hautfarbe)
- „blinde“ Nutzung, weil Radiologen keinen vollständigen Einblick in das KI-System erhalten (können) -> ggf. können Fehler gar nicht oder nur schwierig erkannt werden
- Kein Vertrauensverhältnis der Patient_innen zum KI-System
- Unklare Vorgehensweise bei unterschiedlichen Ergebnissen zwischen Arzt/Ärztin und KI-System
- Das KI-System hat keine Empathie oder Mitgefühl

Aufgabe 5: Kriteriengeleitete Entscheidungsfindung

Hinweis: Bevor Sie die folgende Aufgabe bearbeiten, sollten Sie sich mit Mitschülerinnen und Mitschülern über die Argumente zu den verschiedenen Kriterien ausgetauscht haben, um einen umfassenden Überblick über mögliche Argumente zu erhalten.

Aufgabe 5

Erläutern Sie auf Grundlage der Kriterien und Argumente, wie Sie sich in Pauls Situation bzgl. der verschiedenen Diagnosemethoden entscheiden würden. Berücksichtigen Sie dabei zusätzlich, inwiefern sich Ihre finale Entscheidung von der spontanen Entscheidung (siehe Aufgabe 2) unterscheidet.