Oxford Cancer Biomarkers (OCB)
Kombination von Spitzendiagnostik mit KI-Technologie zur Verbesserung der Ergebnisse für Krebspatienten
Nähere Ansicht des Mikroskops mit 0,14 numerischer Apertur

Es ist schwierig vorherzusagen, bei welchen Patienten mit Darmkrebs im Stadium II nach der Operation ein Rückfall zu erwarten ist. Vielen wird jedoch routinemäßig eine Chemotherapie verschrieben, obwohl diese schwere Nebenwirkungen verursachen kann. Bei einigen Patienten können diese tödlich sein. Oxford Cancer Biomarkers arbeitete mit Meridian IT zusammen, um mit Hilfe von IBM® PowerAI Vision neue diagnostische Biomarker in der Mikroumgebung von Tumoren zu identifizieren, die das Potenzial haben, die Frühdiagnose und Behandlungsentscheidungen zu verbessern.

Aufgabenstellung

OCB hat erkannt, dass allein in Europa Hunderttausende von Leben gerettet und Milliarden von Dollar gespart werden könnten, wenn Darmkrebs früher erkannt und unnötige Übertherapien mit Chemotherapie reduziert würden.

Umsetzung

Durch die Zusammenarbeit mit Meridian IT bei der Implementierung von IBM PowerAI Vision auf IBM Power Systems™-Servern konnte OCB die Analyse digitaler Bilder von Tumoren beschleunigen, um das Risiko eines erneuten Wiederauftretens von Darmkrebs zu bestimmen.

Ergebnisse Von Monaten auf Stunden
Verbesserung der Zeit für die Erstellung von Modellen zur Vorhersage des Rückfallrisikos
Ermöglicht
Neue Pflegestandards, bessere Ergebnisse für die Patienten und mehr Effizienz
Beschleunigt
Skalierung und Bereitstellung der Lösung, um OCB dabei zu helfen, sein Angebot weltweit auszuweiten
Aufgabenstellung – die Geschichte
Personalisierte Medizin

Krebs ist weltweit die zweithäufigste Todesursache (Link befindet sich außerhalb von ibm.com). Tabakkonsum, Alkoholkonsum, ungesunde Ernährung und Bewegungsmangel sind wichtige Risikofaktoren für Krebs. Eine Änderung des Lebensstils kann den Ausbruch der Krankheit verhindern oder abmildern. Generell gilt: Je früher Krebs diagnostiziert wird, desto besser sind die Ergebnisse. Daher ist die Identifizierung der genetischen Veranlagung für Krebs oder der frühen Anzeichen der Krankheit eine Priorität in der onkologischen Forschung.

Oxford Cancer Biomarkers (OCB) wurde 2012 gegründet, um Biomarker (ein quantifizierbarer biologischer Parameter, der Aufschluss über den klinischen Zustand eines Patienten gibt) zu entdecken und zu entwickeln, um die personalisierte Medizin in der Onkologie voranzutreiben, wobei der Schwerpunkt auf Darmkrebs und dessen Behandlung liegt.

David Browning, CEO von Oxford Cancer Biomarkers, erklärt: „Wir bei OCB wollen weg von einem Einheitsansatz bei der Krebsbehandlung, indem wir den Ärzten so viele Informationen wie möglich über den Zustand eines Patienten geben. Unser Ziel ist es, Screening-Tests zu entwickeln, die diese Erkenntnisse schneller, kostengünstiger und weniger invasiv aufdecken als bestehende Methoden.“

Verbesserung der Behandlungsentscheidungen

OCB wandte seine Aufmerksamkeit der Toxizität der Chemotherapie zu. Ein übliches Behandlungsverfahren für Krebspatienten ist eine Operation zur Entfernung des Tumors, gefolgt von einem Zyklus der Chemotherapie, um sicherzustellen, dass alle Krebszellen zerstört werden. Allerdings treten bei 20 bis 30 Prozent der Krebspatienten schwere Nebenwirkungen auf, wenn sie mit dem am häufigsten verwendeten Chemotherapeutikum behandelt werden: 5FU (oder Capecitabin).

Darüber hinaus besteht bei etwa 1 Prozent der Patienten ein hohes Risiko für lebensbedrohliche Vergiftungen durch das Medikament. 30 Prozent der Darmkrebspatienten werden mit Tumoren im Stadium II identifiziert. Von diesen benötigen nur etwa 33 Prozent tatsächlich eine Chemotherapie. Der Rest wird wahrscheinlich ohne Chemotherapie überleben und kann von einer potenziell lebensbedrohlichen Toxizitätsbelastung verschont werden. Die Ärzte sind jedoch nicht in der Lage, das Drittel, das davon profitieren wird, mit Sicherheit zu identifizieren. Die Behandlungsprotokolle variieren von Land zu Land, aber einige behandeln alle Patienten nach dem Prinzip der doppelten Absicherung (Belt-and-Braces), was das Risiko der Toxizität erhöht, während andere ohne solide wissenschaftliche Absicherung auswählen. OCB wollte die Möglichkeit bieten, die Präzisionsmedizin auf den Einzelnen auszurichten.

„Vielen Patienten wird routinemäßig eine 5FU-Therapie verschrieben, weil es bisher zu kompliziert war, vorherzusagen, welche Patienten nach einer Operation wahrscheinlich einen Rückfall erleiden werden“, sagt Browning. „Wir begannen mit der Untersuchung von entnommenen Gewebeproben und kombinierten Biomarker, um das Risiko eines Rückfalls zu ermitteln.

Früher musste ein Pathologe jede Probe mit einem Mikroskop analysieren, sodass wir nur etwa zehn Patienten pro Tag untersuchen konnten. Wir sahen die Möglichkeit, den Umfang und die Geschwindigkeit der Analyse mit der richtigen Technologie drastisch zu erhöhen, und begannen, nach der Expertise zu suchen, um dies zu realisieren.“

Als wir IBM PowerAI in Aktion sahen, wussten wir sofort, dass es unsere Fähigkeit, Gewebeproben zu verarbeiten, grundlegend verändern würde. Früher haben wir Monate bis Jahre gebraucht, um neue Modelle zu bauen und zu testen, jetzt können wir das in wenigen Stunden erledigen. David Browning CEO Oxford Cancer Biomarkers
Umsetzung – die Geschichte
Entwicklung einer KI-gestützten digitalen Pathologie

In Zusammenarbeit mit dem IBM Geschäftspartner Meridian IT entwickelte OCB seine Bildanalysealgorithmen weiter, um seine bestehende Plattform ColoProg (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) zu verbessern, die auf IBM PowerAI Vision basiert. Diese Erweiterungen laufen auf beschleunigten IBM Power System AC922 Servern, die von Meridian IT gehostet werden. Sie nutzen Modelle des Deep Learning, um die OCB-eigenen Tests für die DNA-Ploidie (ein Maß für den DNA-Gehalt in Tumorzellen) und den Stroma-Gehalt (nicht-bösartige Zellen, die eine extrazelluläre Matrix bilden können, auf der Tumorzellen wachsen können) zu ergänzen, um entnommene Gewebeproben zu klassifizieren. Power System AC922 Server kombinieren POWER9-CPUs und NVIDIA Tesla V100 mit NVLink-GPUs und bieten so eine enorme Durchsatzleistung für Workloads in den Bereichen Hochleistungsrechnen, Deep Learning und künstliche Intelligenz.

Das Unternehmen kombiniert diese Biomarker, um Patienten in Gruppen mit niedrigem, mittlerem und hohem Risiko eines Darmkrebsrückfalls einzuteilen, was eine bessere klinische Entscheidungsfindung ermöglicht.

„Als wir die Teams von IBM und Meridian IT kennenlernten, merkten wir sofort, dass sich unser Wissen mit dem der anderen Teams ergänzte: OCB konnte den klinischen Hintergrund liefern, während IBM und Meridian IT wussten, wie man Spitzentechnologie an unseren Anwendungsfall anpasst“, kommentiert Browning. „Sowohl IBM als auch Meridian IT stehen an der Spitze der Innovation im Bereich der künstlichen Intelligenz, sodass wir wussten, dass sie die richtigen Partner sind, um gemeinsam mit uns diese Herausforderung zu meistern.“

IBM PowerAI Vision wurde für die Bildklassifizierung entwickelt und umfasst ein intuitives Toolset und die beliebtesten Deep-Learning-Frameworks. Mit diesen Funktionen konnte Meridian IT schnell Modelle für OCB erstellen. Das Team nutzte die enormen Durchsatzkapazitäten der beschleunigten IBM Power Systems Server, die mit NVIDIA-Grafikprozessoren mit NVLink ausgestattet sind, um das Training der Modelle zu beschleunigen und das erweiterte ColoProg schneller als erwartet zum Einsatz zu bringen.

„IBM PowerAI Vision und IBM beschleunigte Power Systems Server sind wie geschaffen für die Herausforderungen der KI“, sagt Browning. „Wir haben die Technologie stark vorangetrieben, um in einem neuen Bereich einen Durchbruch zu erzielen, und sie hat uns nicht im Stich gelassen. Meridian IT hat in einem iterativen Prozess eng mit uns zusammengearbeitet und unsere Ideen hinterfragt und verfeinert, um die besten Ergebnisse zu erzielen.“

Heute ist ColoProg bei etwa 1.000 Patienten mit Darmkrebs im Stadium II und insgesamt bei etwa 2.500 Patienten mit Darmkrebs klinisch validiert. Der Erfolg der Plattform hat dazu geführt, dass OCB eine Ausschreibung für das Projekt PathLAKE (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) in Zusammenarbeit mit dem University Hospital Coventry and Warwickshire NHS Trust und anderen führenden Gruppen gewonnen hat. PathLAKE ist eine Initiative der britischen Regierung, die fünf neue Exzellenzzentren für digitale Pathologie und Bildgebung einrichten wird.

Mit der globalen Erfahrung von IBM im Gesundheitswesen und dem fundierten Wissen von Meridian IT über KI-Lösungen sind wir in guten Händen, um führende Präzisionsdiagnosetests weltweit auf den Markt zu bringen. David Browning CEO Oxford Cancer Biomarkers
Erfolgsgeschichte
Bereitstellung lebensrettender Vorteile

Mit der KI-gestützten Bildanalyse von IBM hat OCB seine Fähigkeit zur Erstellung von Risikoprofilen für Patienten verbessert. Browning erinnert sich: „Sobald wir IBM PowerAI in Aktion sahen, wussten wir, dass dies einen seismischen Effekt auf unsere Fähigkeit zur Verarbeitung von Gewebeproben haben würde. Früher haben wir Monate bis Jahre gebraucht, um neue Modelle zu bauen und zu testen, jetzt können wir es in Stunden schaffen.“ 

OCB liefert Erkenntnisse, die zu fundierteren klinischen Entscheidungen nach einer Krebsoperation führen und so die Behandlungsergebnisse der Patienten verbessern. Indem die Überbehandlung mit Chemotherapie minimiert wird, werden auch die Kosten für die Pflege gesenkt. 

„Bei der Krebsbehandlung ist Zeit von entscheidender Bedeutung“, sagt Browning. „Mit der IBM Technologie können wir klinischen Entscheidungsträgern Informationen über das Rückfallrisiko eines Patienten und seine wahrscheinliche Reaktion auf die Chemotherapie schneller zur Verfügung stellen, was lebensrettend sein kann. Außerdem helfen wir Gesundheitsdienstleistern, ihre Ressourcen effizienter zu nutzen.“

Durch die Zusammenarbeit mit Meridian IT und IBM verkürzt OCB die Zeit bis zur Markteinführung der verbesserten ColoProg-Plattform und trägt so dazu bei, dass das Unternehmen den Patienten schneller einen Mehrwert bietet und früher Einnahmen erzielt. Das Unternehmen prüft bereits, wie die Lösung auf Brust- und Prostatakrebs ausgeweitet werden kann.

Browning fasst zusammen: „Die Zusammenarbeit mit IBM und Meridian IT zur Lösung von Problemen bei der Diagnose und Behandlung von Darmkrebs ist erst der Anfang einer spannenden Kooperation. Mit der globalen Erfahrung von IBM im Gesundheitswesen und dem fundierten Wissen von Meridian IT über KI-Lösungen sind wir in guten Händen, um modernste Präzisionsdiagnosetests weltweit auf den Markt zu bringen.“

Logo von Oxford Cancer Biomarkers
Oxford Cancer Biomarkers (OCB)

Oxford Cancer Biomarkers (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) wurde als Spin-Out der University of Oxford gegründet und zielt darauf ab, eine frühzeitige Vorhersage des Krebsrisikos und eine präzisere Krebsbehandlung zu ermöglichen, um eine personalisierte Medizin zu fördern. Dies geschieht durch den Einsatz von Plattformen, die Biomarker-basierte Technologie von seinen Forschungs- und Entwicklungsteams und Partnern enthalten.

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Fußnoten

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