Innovative Laborautomation für zuverlässigere Krebsdiagnosen
- Kunde
- inveox GmbH
- Standort
- Garching, Deutschland
- Datum
- 2019
Allein in Deutschland werden jährlich Hunderte von Patienten aufgrund falscher oder vertauschter Laborbefunde fehldiagnostiziert oder falsch behandelt. Das Garchinger Unternehmen inveox hat eine innovative Lösung zur Digitalisierung und Automatisierung von Pathologielaboren entwickelt, die dieses Problem adressiert. Bildverarbeitung von Basler spielt dabei eine entscheidende Rolle.
Fehler bei den manuellen Abläufen sind der häufigste Grund für falsche Krebsdiagnosen. Experten schätzen, dass Unregelmäßigkeiten in ca. 1 bis 15 Prozent der Fälle auftreten und schlimmstenfalls zu Fehldiagnosen und falschen Behandlungen führen können, mit potenziell fatalen gesundheitlichen Folgen für die Patienten.
Wo liegen die Probleme bei der Labordiagnostik?
Statistisch gesehen wird jeder zweite Mensch im Laufe seines Lebens mindestens einmal mit einer Krebsdiagnose konfrontiert. Grundlage hierfür ist neben anderen diagnostischen Verfahren meist die Analyse einer dem Körper entnommenen Gewebeprobe. „Während die Medizin nahezu täglich große technologische Fortschritte macht, sind viele Prozesse in der Präanalytik seit Jahrzehnten unverändert und dadurch zunehmend problematisch“, sagt Dominik Sievert, Gründer und Geschäftsführer von inveox. Besonders der Prozess-Schritt des Probeneingangs, der in Fachkreisen als „Achillesferse der Histopathologie“ gelte, sei stark manuell und berge viel Optimierungsbedarf. „Das Verfahren hierbei ist weltweit nahezu gleich: zeitintensiv, teuer und fehleranfällig.“ Zusätzlich zögen sich Unregelmäßigkeiten, wie etwa durch Verwechselungen, Verunreinigungen oder gar den Verlust von Gewebeproben, die bereits beim Probeneingang auftreten können, durch den folgenden Prozess.
Dieses Szenario war für die inveox-Gründer Dominik und Maria Sievert der Anstoß, über mögliche Optimierungen der Abläufe von der Probenentnahme bis zur Laborauswertung und darüber hinaus nachzudenken. Die Entwicklungen, die inveox seither zur Marktreife gebracht hat, kann man ohne Übertreibung als Revolution in der Laborautomation bezeichnen.
Drei Innovationen für mehr Sicherheit in der Laborautomation
„Unser Ziel war es, durch eine digitalisierte, vollautomatisierte und vernetzte Histopathologie – von der Probenannahme bis zum Objektträger – schnelle und zuverlässige Krebsdiagnosen zu ermöglichen“, verdeutlicht Dominik Sievert. Dazu hat inveox ein Laborautomatisierungs-System entwickelt, das drei wesentliche Bestandteile umfasst: einen intelligenten Probenbehälter für die Gewebebiopsien, einen Automaten für den Probeneingang und eine hochsichere Online-Plattform zur strukturierten Kommunikation und Datenübertragung zwischen behandelndem Arzt und Pathologie-Labor.
Ein einzelner Probenbehälter für die gesamte Präanalytik
Der intelligente Probenbehälter ermöglicht es, mehrere entscheidende Schritte der Präanalytik mit einem einzigen Behälter durchzuführen. „Bei den heute üblichen Prozessen wird das zur Untersuchung entnommene Gewebe des Patienten mehrfach manuell in verschiedene Gefäße umgepackt und dabei jedes Mal neu beschriftet, was natürlich eine hohe Anfälligkeit für Fehler beinhaltet“, so Dominik Sievert. Die Biopsiekassette von inveox enthält einen integrierten Filter, mit dem das Formalin, in dem das Gewebe aufbewahrt wird, vor der Weiterverarbeitung entsorgt werden kann, ohne dass die Probe dafür aus dem Behälter genommen werden muss. Da die Probe auf diese Weise stets in ein- und demselben Behälter mit einer eindeutigen ID verbleibt, sind Verwechslungen und Verunreinigungen ausgeschlossen.
Automat für Probeneingang und nahtlose Weiterverarbeitung
Diese neuartigen Probenbehälter waren der Ausgangspunkt für die zweite Innovation, einem speziellen, ebenfalls von inveox entwickelten Automaten für den Probeneingang, in dem mehrere Dutzend Probenbehälter gleichzeitig eingeführt und automatisch verarbeitet werden können. Dabei werden vollautomatisiert die Daten der Probe erfasst, das Formalin entfernt und Bilder des Gewebes zur Dokumentation und ergänzenden Befundung aufgenommen. Danach wird die Probe, die sich immer noch in der ursprünglichen, codierten Biopsiekassette befindet, vom Automaten zur nahtlosen Weiterverarbeitung und Untersuchung im Labor ausgegeben.
Online-Plattform für strukturierte Kommunikation und zuverlässige Diagnosestellung
„Ein Großteil der Kommunikation bezüglich Gewebeuntersuchungen zwischen Labor und Arzt erfolgt heute noch auf Papier“, so inveox-Geschäftsführerin Maria Sievert. Dank einer webbasierten, verschlüsselten Daten- und Kommunikationsplattform werden die während der Gewebeuntersuchung gewonnenen diagnoserelevanten Daten wie Bilder und Beschreibungen in einer hochsicheren IT-Datenbank gesammelt und dem Pathologen in seinem bestehenden Laborinformationssystem zur Verfügung gestellt. Der behandelnde Arzt und das Labor profitieren auf diese Weise von einer sicheren, strukturierten, digitalen Kommunikation und Datenübertragung in Echtzeit, sowie einer schnelleren, zuverlässigen Diagnosestellung.“ Beide können sich jederzeit strukturiert über den aktuellen Stand der Probe – vom Versand über den digitalen Untersuchungsauftrag bis hin zur Diagnose – informieren.
Automatisierungskomponenten einzeln oder gemeinsam nutzbar
Diese drei Komponenten unseres Automatisierungssystems sind voneinander unabhängig nutzbar und lösen jeweils ein Kernproblem. Bei vollständiger Nutzung entfalten sie jedoch die größte Wirkung und führen zu einer erhöhten Patientensicherheit und einer Effizienzsteigerung von 50 bis 70 Prozent im Probeneingang. Das kann bei mittelgroßen Pathologielaboren einen Gegenwert von bis zu 200.000 Euro an Einsparpotential pro Jahr bedeuten, bei größeren Instituten wie z. B. Unikliniken sogar entsprechend mehr.
Bildverarbeitung als Kernelement des Automatisierungssystems
Als integraler Bestandteil der Automaten und damit des gesamten inveox-Laborautomatisierungs-Systems bildet die Bildverarbeitung die Grundlage für viele Vorteile der Systeme. In den Probeneingangs-Automaten durchlaufen die Gewebeproben vollautomatisch mehrere Schritte, wie z. B. die berührungslose Formalin-Entfernung, das automatisierte Umpacken des Gewebes vom Transportbehälter in die Biopsiekassette und die Laserbeschriftung der Biopsiekassetten. Im Automaten integrierte Basler dart Kameras nehmen dabei mehrere Aufnahmen der Gewebeproben in den verschlossenen Behältern auf, die für diesen Zweck aus einem glasklaren Material gefertigt sind. Gleichzeitig erfassen sie dabei auch deren Barcode. Dazu werden die Behälter im Automaten vollautomatisch ausgerichtet und in die für die Bildaufnahme optimale Lage gedreht.
dart Kameras als Vision-Basis der Automationslösung
Aktuell kommen in den Probenautomaten je nach Ausstattung bis zu fünf Boardlevel-Kameras der Basler dart Serie zum Einsatz, die für diese Anwendung eine mehr als ausreichende Auflösung und Geschwindigkeit zur Verfügung stellen.
KI und Machine Learning unterstützen bei Bildinterpretation
Die Interpretation der erfassten Bilder erfolgt auf Basis einer bei inveox entwickelten Software, die mithilfe von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen aus den Bildern automatisiert Handlungsempfehlungen bzw. Entscheidungsgrundlagen ableitet. So wird z. B. sofort beurteilt, ob eine Probe aufgrund ihrer Größe für die nachfolgenden Schritte geeignet ist oder nicht, ungeeignete Biopsien werden aussortiert.
Als Ergebnis stehen umfassende 360 Grad-Aufnahmen der Proben sowie mehrere Kenngrößen wie Abmessungen, Form, Farbe und Beschaffenheit zur Verfügung, die neben Dokumentationszwecken noch eine weitere wichtige Funktion erfüllen: Pathologen können sie später in der Datenbank für weitere Diagnosen abrufen, sie digitalisiert nochmals ansehen und eventuell Schlüsse aus dem Ursprungszustand der Probe ziehen. „Erkenntnisse aus den ursprünglichen Gewebeproben zu ziehen war bisher in der Regel nicht möglich“, erklärt Sievert.
Wir beziehen sämtliche Bildverarbeitungskomponenten von Basler. Die breite Auswahl an Kameras war für uns ein wesentliches Argument für die Zusammenarbeit. Mindestens ebenso wichtig wie die Verfügbarkeit der optimalen Vision Komponenten war jedoch, dass uns Basler von Anfang an auf Augenhöhe begegnet ist und Vertrauen in unsere Idee hatte. Dass wir als absolut vollwertiger Partner behandelt wurden, obwohl wir uns als junges Start-up noch in der Aufbauphase befanden, hat uns sehr imponiert.
Wir schätzen Basler als einen kooperativen und zuverlässigen Geschäftspartner, der schnell auf unsere Anfragen reagiert und uns in jeder Hinsicht – von der spontanen Ausleihe von Kameramodellen zum Vergleich bis hin zum Integrationssupport – professionell unterstützt. Mit Blick auf unsere langfristigen Expansionspläne in weitere Länder müssen wir uns damit vor Ort keine neuen Lieferanten suchen, sondern können auf einen bereits bewährten Partner zurückgreifen.
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