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Die Einschätzung der Aggressivität von Prostatakrebs erfolgt bislang vor allem durch das sogenannte Gleason-Grading – eine Analyse des Krebsgewebes im Pathologie-Labor, die mit hoher Subjektivität verbunden ist. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) hat nun ein neuartiges, erklärbares KI-Modell entwickelt, das die Diagnostik von Prostatakarzinomen transparenter und weniger fehleranfällig machen soll.
„Bisherige KI-Modelle können zwar Vorhersagen zur Gleason-Bewertung treffen, liefern aber oft keine verständliche Begründung, was die klinische Akzeptanz einschränkt“, erklärt Titus Brinker vom DKFZ. Das neu entwickelte System verzichtet auf nachträgliche Erklärungsansätze und basiert direkt auf Beschreibungen der Pathologie. Dazu wurden 1.015 Gewebeproben von internationalen Expertinnen und Experten mit detaillierten Mustererklärungen versehen („annotiert“).
Die Studie, an der 54 Pathologinnen und Pathologen aus zehn Ländern beteiligt waren, stellt eine der umfangreichsten Sammlungen an erklärungsbasierten Gewebeannotationen vor. Als Ergebnis stellt das Heidelberger Team mit „GleasonXAI“ eine KI vor, die interpretierbare Entscheidungen bietet – ähnlich wie ein Pathologe sie liefern würde.
Durch die Nutzung sogenannter „Soft Labels“, die die Unsicherheiten zwischen einzelnen Pathologen-Bewertungen abbilden, konnte die KI trotz hoher Variabilität reproduzierbare Ergebnisse erzielen. Im direkten Vergleich mit konventionellen Modellen erreichte GleasonXAI eine gleichwertige oder bessere Genauigkeit – bei gleichzeitig erhöhter Transparenz.
KI spricht Pathologen-Sprache
An der Studie waren Pathologinnen und Pathologen unter anderem aus Deutschland, den USA, Kanada und der Schweiz beteiligt. Die Experten brachten dabei im Median 15 Jahre klinische Erfahrung in das Projekt ein. Neben der Modellentwicklung veröffentlicht das Team auch den bislang größten frei verfügbaren Datensatz mit erklärungsbasierten Annotationen für Gleason-Muster, um die Forschung an erklärbarer KI weiter voranzutreiben.
„Wir haben erstmals ein KI-System entwickelt, das die charakteristischen Gewebemerkmale der Gleason-Muster erkennt und sich ähnlich wie ein Pathologe erklärt“, sagt Gesa Mittmann, Koautorin der Studie. „Das soll Vertrauen und Akzeptanz in die KI im klinischen Alltag steigern.“
Potenzial für die Klinik
Die Ergebnisse zeigen, dass erklärbare KI ohne Leistungseinbußen praxisnah umgesetzt werden kann. Dies könnte den Einsatz in der Routinepathologie beschleunigen – hochrelevant gerade in Zeiten steigender Krebszahlen und sinkender Facharztkapazitäten.
Darüber hinaus unterstützt das Modell auch die Ausbildung: „Die erklärbaren Segmentierungen können besonders Nachwuchs-Pathologinnen und -Pathologen helfen, typische Muster zu verstehen und schneller sichere Diagnosen zu stellen“, betont Brinker.
Publikation:
G. Mittmann, S. Laiouar-Pedari, H. A. Mehrtens et al. Pathologist-like explainable AI for interpretable Gleason grading in prostate cancer. Nature Communications 2025, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-64712-4
Das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) ist mit mehr als 3.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte biomedizinische Forschungseinrichtung in Deutschland. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen im DKFZ, wie Krebs entsteht, erfassen Krebsrisikofaktoren und suchen nach neuen Strategien, die verhindern, dass Menschen an Krebs erkranken. Sie entwickeln neue Methoden, mit denen Tumoren präziser diagnostiziert und Krebspatienten erfolgreicher behandelt werden können. Beim Krebsinformationsdienst (KID) des DKFZ erhalten Betroffene, Interessierte und Fachkreise individuelle Antworten auf alle Fragen zum Thema Krebs.
Um vielversprechende Ansätze aus der Krebsforschung in die Klinik zu übertragen und so die Chancen von Patientinnen und Patienten zu verbessern, betreibt das DKFZ gemeinsam mit exzellenten Universitätskliniken und Forschungseinrichtungen in ganz Deutschland Translationszentren:
Nationales Centrum für Tumorerkrankungen (NCT, 6 Standorte)
Deutsches Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK, 8 Standorte)
Hopp-Kindertumorzentrum (KiTZ) Heidelberg
Helmholtz-Institut für translationale Onkologie (HI-TRON) Mainz – ein Helmholtz-Institut des DKFZ
DKFZ-Hector Krebsinstitut an der Universitätsmedizin Mannheim
Nationales Krebspräventionszentrum (gemeinsam mit der Deutschen Krebshilfe)
Das DKFZ wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt und zu 10 Prozent vom Land Baden-Württemberg finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.
Ansprechpartner für die Presse:
Dr. Sibylle Kohlstädt
Pressesprecherin
Strategische Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit
Deutsches Krebsforschungszentrum
Im Neuenheimer Feld 280
69120 Heidelberg
T: +49 6221 42 2843
E-Mail: S.Kohlstaedt@dkfz.de
E-Mail: presse@dkfz.de
www.dkfz.de
G. Mittmann, S. Laiouar-Pedari, H. A. Mehrtens et al. Pathologist-like explainable AI for interpretable Gleason grading in prostate cancer. Nature Communications 2025, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-64712-4
Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Medicine
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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