{"id":5376410,"date":"2023-10-10T08:00:00","date_gmt":"2023-10-10T06:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/?p=5376410"},"modified":"2025-01-09T19:53:55","modified_gmt":"2025-01-09T18:53:55","slug":"klinische-studien-bei-kuenstlicher-intelligenz","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/regulatory-affairs\/klinische-studien-bei-kuenstlicher-intelligenz\/","title":{"rendered":"Wann lassen sich bei Produkten mit k\u00fcnstlicher Intelligenz klinische Studien vermeiden?"},"content":{"rendered":"\n<p>F\u00fcr Hersteller ist die Antwort auf die Frage relevant, ob und wann beim Einsatz k\u00fcnstlicher Intelligenz in Medizinprodukten klinische Studien notwendig sind. Denn davon h\u00e4ngen die Dauer und die Kosten ab, um diese Produkte in den Markt zu bringen.<\/p>\n\n\n\n<p>Die gute Nachricht vorweg: Es gibt F\u00e4lle, in denen die Hersteller auf klinische Studien bei Produkten mit KI verzichten k\u00f6nnen. Welche F\u00e4lle das sind, kl\u00e4rt dieser Artikel.<\/p>\n\n\n\n<!--more-->\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">1. Zusammenfassung f\u00fcr die eiligen Leser<\/h2>\n\n\n\n<p>In den meisten F\u00e4llen wird es den Herstellern nicht gelingen, anhand von ver\u00f6ffentlichten <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/regulatory-affairs\/klinische-daten-fuer-medizinprodukte\/\">klinischen Daten<\/a> die Konformit\u00e4t mit den regulatorischen Anforderungen (z. B. an die Leistungsf\u00e4higkeit) nachzuweisen. Das liegt daran, dass sich die \u00c4quivalenz der Produkte bzw. KI-Modelle, mit denen die Daten gewonnen wurden, nicht ausreichend darlegen l\u00e4sst.<\/p>\n\n\n\n<p>Allerdings besteht die M\u00f6glichkeit, durch retrospektive Analysen auf prospektive klinische Studien bei Produkten mit KI zu verzichten.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">2. Die Rechtslage<\/h2>\n\n\n\n<p>Die Rechtslagen in der EU und den USA unterscheiden sich. Die FDA definiert in ihrem Guidance-Dokument \u00fcber <a href=\"https:\/\/www.fda.gov\/media\/109618\/download\">Clinical Decision Support Software<\/a> vier Kriterien, die eine Software-Anwendung erf\u00fcllen muss, um in den USA nicht als Medizinprodukt zu gelten und nicht von der FDA \u00fcberwacht zu werden. Diese Voraussetzungen werden jedoch von KI-basierter Software meist nicht erf\u00fcllt, beispielsweise weil die Software der Analyse von Bildern oder Signalen dient.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"jig_defbox\"><div class=\"jig_defbox-definition\"><div class=\"jig_defbox-icon-wrapper\" style=\"fill:#919191\"><svg viewBox=\"0 0 48 48\" width=\"24\" height=\"24\" class=\"dashicons\" aria-hidden=\"true\"><g><path d=\"M20,19.5h16v-3H20V19.5z M20,25.5h16v-3H20V25.5z M20,31.5h10v-3H20V31.5z M14.1,20c0.6,0,1-0.2,1.4-0.6 c0.4-0.4,0.6-0.9,0.6-1.4s-0.2-1-0.6-1.4c-0.4-0.4-0.9-0.6-1.4-0.6c-0.6,0-1,0.2-1.4,0.6c-0.4,0.4-0.6,0.9-0.6,1.4 c0,0.6,0.2,1,0.6,1.4C13,19.9,13.5,20,14.1,20z M14.1,26c0.6,0,1-0.2,1.4-0.6c0.4-0.4,0.6-0.9,0.6-1.4c0-0.6-0.2-1-0.6-1.4 S14.6,22,14.1,22c-0.6,0-1,0.2-1.4,0.6s-0.6,0.9-0.6,1.4c0,0.6,0.2,1,0.6,1.4S13.5,26,14.1,26z M14.1,32c0.6,0,1-0.2,1.4-0.6 c0.4-0.4,0.6-0.9,0.6-1.4c0-0.6-0.2-1-0.6-1.4c-0.4-0.4-0.9-0.6-1.4-0.6c-0.6,0-1,0.2-1.4,0.6s-0.6,0.9-0.6,1.4 c0,0.6,0.2,1,0.6,1.4S13.5,32,14.1,32z M7,40c-1.7,0-3-1.4-3-3V11c0-0.8,0.3-1.5,0.9-2.1C5.5,8.3,6.2,8,7,8h34 c0.8,0,1.5,0.3,2.1,0.9C43.7,9.5,44,10.2,44,11v26c0,0.8-0.3,1.5-0.9,2.1C42.5,39.7,41.8,40,41,40L7,40z M7,37h34V11H7V37z M7,11\"><\/path><\/g><\/svg><\/div><span class=\"jig_defbox-header\" style=\"color:#919191\">Weiterf\u00fchrende Informationen<\/span><\/div>\n<p>Lesen Sie hier mehr zu <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/regulatory-affairs\/software-als-medizinprodukt-definition\/\">Qualifizierung von Software als Medizinprodukt<\/a> und dazu, wie die FDA <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/regulatory-affairs\/decision-support-systeme-medizinprodukt\/\">(Clinical) Decision Support Systems<\/a> einsch\u00e4tzt.<\/p>\n\n\n\n<p>Weiterhin gibt es Beitr\u00e4ge zu den <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/regulatory-affairs\/regulatorische-anforderungen-an-medizinprodukte-mit-machine-learning\/\">regulatorischen Anforderungen an KI-basierte Medizinprodukte<\/a> und zu den <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/regulatory-affairs\/kuenstliche-intelligenz-in-der-medizin\/#regularien\">Anwendungen der KI in der Medizin<\/a>.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n<p>Die <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/regulatory-affairs\/medical-device-regulation-mdr-medizinprodukteverordnung\/\">MDR<\/a> (analog die <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/regulatory-affairs\/ivdr-in-vitro-diagnostic-device-regulation\/\">IVDR<\/a>) verpflichtet die Hersteller, die Sicherheit, Leistung und den klinischen Nutzen der Produkte im Rahmen der <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/tag\/klinische-bewertung\/\">klinischen Bewertung<\/a> bzw. der <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/regulatory-affairs\/leistungsbewertung-von-in-vitro-diagnostika\/\">Leistungsbewertung von IVD<\/a> nachzuweisen. So unterschiedlich die Anforderungen von MDR und IVDR an den klinischen Nachweis f\u00fcr Medizinprodukte bzw. IVD sein m\u00f6gen, so vergleichbar sind sie f\u00fcr Software. Die Besonderheiten und Gemeinsamkeiten bei der klinischen Bewertung bzw. Leistungsbewertung von Medizinprodukte- bzw. IVD-Software beschreibt die MDCG in ihrem lesenswerten Guidance-Dokument <a href=\"https:\/\/health.ec.europa.eu\/system\/files\/2020-09\/md_mdcg_2020_1_guidance_clinic_eva_md_software_en_0.pdf\">Guidance on Clinical Evaluation (MDR) \/ Performance Evaluation (IVDR) of Medical Device Software<\/a> von 2020.<\/p>\n\n\n\n<p>Falls nicht ausreichend klinischen Daten vorliegen, muss der Hersteller diese generieren. In der Regel bedeutet dies, dass eine prospektive klinische Studie durchgef\u00fchrt werden muss.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"jig_defbox\"><div class=\"jig_defbox-definition\"><div class=\"jig_defbox-icon-wrapper\" style=\"fill:#919191\"><svg viewBox=\"0 0 512 512\" width=\"24\" height=\"24\" class=\"dashicons\" aria-hidden=\"true\"><g><path d=\"M430.9,177.6c-0.3-96-78.1-174.1-174-174.9c-0.1,0-0.2,0-0.4,0c-0.2,0-0.4,0-0.5,0c-0.2,0-0.4,0-0.5,0 c-0.1,0-0.2,0-0.4,0c-95.9,0.8-173.7,78.9-174,174.9c-0.4,7.3-1.9,60.3,36.6,109.2c29.5,37.6,49.4,74.7,55,85.9v63.5 c0,0,0,0.1,0,0.1c0,0.5,0,0.9,0.1,1.4c0,0.3,0.1,0.6,0.1,0.9c0,0.1,0,0.2,0,0.2c0.4,2.7,1.4,5.2,3,7.4l33.7,55.1 c3.1,5.1,8.7,8.2,14.7,8.2h61.8c6,0,11.5-3.1,14.7-8.2l33.7-55.1c1.5-2.1,2.6-4.6,3-7.4c0-0.1,0-0.2,0-0.2c0-0.3,0.1-0.6,0.1-0.9 c0-0.5,0.1-0.9,0.1-1.4c0,0,0-0.1,0-0.1v-60.3c1.2-2.4,22.3-45.5,56.7-89.2C432.8,237.8,431.3,184.9,430.9,177.6z M303.3,418.8 h-96.2v-33.1h96.2V418.8z M276.4,475h-42.5l-13.3-21.6h69L276.4,475z M311.6,351.4H200.4c-8.6-16.3-28-50.6-55.7-85.9 c-32-40.6-29.3-85.7-29.3-86c0-0.4,0.1-0.9,0.1-1.3c0-77.6,63-140.8,140.5-141.1c77.5,0.3,140.5,63.5,140.5,141.1 c0,0.4,0,0.9,0.1,1.3c0,0.4,3.1,44.9-29.3,86C339.5,300.8,320.2,335.1,311.6,351.4z\"><\/path><path d=\"M257.8,64.4c-62,0-112.5,50.5-112.5,112.5c0,9.5,7.7,17.2,17.2,17.2s17.2-7.7,17.2-17.2 c0-43.1,35-78.1,78.1-78.1c9.5,0,17.2-7.7,17.2-17.2S267.3,64.4,257.8,64.4z\"><\/path><\/g><\/svg><\/div><span class=\"jig_defbox-header\" style=\"color:#919191\">Hinweise<\/span><\/div>\n<p>Es ist (nahezu) ausgeschlossen, dass man f\u00fcr eine KI-basierte Software die klinische Leistung anhand von Literaturdaten aufzeigen kann. Das gelingt fast nur, wenn man die Publikation selbst geschrieben und somit die Studie durchgef\u00fchrt hat und die Rohdaten vorliegen. In diesem Fall ist es meist einfacher, direkt die Studiendaten zu verwenden und sich den Umweg \u00fcber die Publikation zu sparen.<\/p>\n\n\n\n<p>Dennoch ist es strategisch h\u00e4ufig sinnvoll und m\u00f6glich, auf bereits vorliegende Datens\u00e4tze zur\u00fcckzugreifen \u2013 vorausgesetzt, dass die Datens\u00e4tze nicht zum Trainieren und Testen eingesetzt wurden und es sich um einen unabh\u00e4ngigen Validierungsdatensatz mit entsprechender statistisch relevanter Fallzahl f\u00fcr alle Subpopulationen handelt.<\/p>\n\n\n\n<p>Die MDR spricht von <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/regulatory-affairs\/klinische-pruefungen-von-medizinprodukten\/\">klinischen Pr\u00fcfungen<\/a> und die IVDR von klinischen Leistungsstudien, jedoch nicht von klinischen Studien. Dieser Artikel verwendet beide Begriffe synonym.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">3. Das Problem mit der \u00c4quivalenz<\/h2>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">a) Anforderung der MDR<\/h3>\n\n\n\n<p>Insbesondere unter der MDD war es \u00fcblich, klinische Daten von bereits bestehenden Produkten zu verwenden und damit auf klinische Studien zu verzichten. Voraussetzung war, dass die Daten von \u00e4quivalenten Produkten stammen. Dazu z\u00e4hlt auch deren technische \u00c4quivalenz. Der erforderliche Nachweis der technischen \u00c4quivalenz betrifft explizit auch die Software-Algorithmen:<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p><em>Technisch: Das Produkt ist von \u00e4hnlicher Auslegung, wird unter \u00e4hnlichen Anwendungsbedingungen angewandt, hat \u00e4hnliche Spezifikationen und Eigenschaften einschlie\u00dflich [\u2026] <strong>Software-Algorithmen<\/strong> [\u2026] und hat \u00e4hnliche Funktionsgrunds\u00e4tze und entscheidende Leistungsanforderungen.<\/em><\/p>\n<cite><a href=\"https:\/\/mdr-konsolidiert.johner-institut.de\/mdr_de.html#annex-XIV\">MDR, Anhang XIV<\/a>, 3. Absatz, 1. Spiegelstrich<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n<p>Bei Medizinprodukten der Klasse III und bei implantierbaren Produkten wird es noch schwieriger, auf klinische Studien zu verzichten:<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p><em>[\u2026] CLINICAL EVALUATION of class III and implantable devices (MDR) shall include data from a CLINICAL INVESTIGATION unless the conditions of Article 61(4), (5) or (6) of the MDR have been fulfilled.<\/em><\/p>\n<cite>MDCG 2020-1, Kapitel 4.4<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">b) Technische \u00c4quivalenz bei k\u00fcnstlicher Intelligenz<\/h3>\n\n\n\n<p>Bei Medizinprodukten, die Verfahren der k\u00fcnstlichen Intelligenz und dabei insbesondere des Machine Learnings verwenden, entsprechen die Modelle den Software-Algorithmen (z. B. Modelle wie die verschiedenen Auspr\u00e4gungen neuronaler Netzwerke). Diese unterscheiden sich bez\u00fcglich<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Architektur der Modelle, z. B.\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Anzahl der Layer<\/li>\n\n\n\n<li>Anzahl der Neuronen pro Layer<\/li>\n\n\n\n<li>Verkn\u00fcpfung der Layer<\/li>\n\n\n\n<li>Aktivierungsfunktionen (z. B. <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Rectifier_(neuronale_Netzwerke)\">RELU<\/a>)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n\n\n\n<li>Verkn\u00fcpfung der Teilmodelle<br> wie bei <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Long_short-term_memory\">LSTM<\/a> oder <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Large_language_model\">LLM<\/a><\/li>\n\n\n\n<li>Werte der <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/K%C3%BCnstliches_neuronales_Netz#Funktionsweise\">gefitteten Parameter<\/a> <br>(Gewicht und Bias)<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Die Hyperparameter zum Trainieren der Modelle wirken sich auf die gefitteten Parameter aus. Ihre Wahl ist aber kein Aspekt der technischen \u00c4quivalenz. Hingegen z\u00e4hlen die \u201eAnwendungsbedingungen\u201c zur technischen \u00c4quivalenz. <\/p>\n\n\n\n<p>Bisher gibt es keine Vorgaben, was die Anwendungsbedingungen in diesem Kontext umfassen. M\u00f6gliche Aspekte sind:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Technische Umgebung wie Hardware und Betriebssystem<\/li>\n\n\n\n<li>Programmiersprache und verwendete Bibliotheken<\/li>\n\n\n\n<li>Verwendung und Einbettung des Modells in das gesamte Medizinprodukt<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">c) Nachweis der technischen \u00c4quivalenz<\/h3>\n\n\n\n<p>In der Regel wird es Herstellern nicht gelingen, die \u00c4quivalenz der \u201eSoftware-Algorithmen\u201c nachzuweisen, ohne den Software-Code des \u00c4quivalenzprodukts zu vergleichen. Das ist, wie die MDCG feststellt, auch nicht notwendig.<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p><em>\u201eIt is the functional principle of the software algorithm, as well as the clinical performance(s) and intended purpose(s) of the software algorithm, that shall be considered when demonstrating the equivalence of a software algorithm. <strong>It is not reasonable to demand that equivalence is demonstrated for the software code<\/strong>, provided it has been developed in line with international standards for safe design and validation (IEC 62304, and IEC 82304-1) of medical device software.\u201c<\/em><\/p>\n<cite>Kommentar in MDCG 2020-5, Kapitel 3.1 (b)<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n<p>Bei KI-Modellen ist die \u00c4quivalenz nicht einmal bei identischem Software-Code nachgewiesen. Denn der Software-Code (als Teil des Medizinprodukts) definiert das KI-Modell, aber nicht die Werte der gefitteten Parameter. Diese sind bestimmt durch die Trainingsdaten und die Art des Trainings (z.&nbsp;B. <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Hyperparameter_(machine_learning)\">Hyperparameter<\/a>). Der Software-Code f\u00fcr das Training ist jedoch kein Teil des Medizinprodukts und wird von der <a href=\"https:\/\/health.ec.europa.eu\/system\/files\/2020-09\/md_mdcg_2020_5_guidance_clinical_evaluation_equivalence_en_0.pdf\">MDCG 2020-5<\/a> nicht abgedeckt.<\/p>\n\n\n\n<p>Die MDCG 2020-5 verlangt, das \u201efunctional principle\u201c und die \u201eclinical performance\u201c (dazu sp\u00e4ter mehr) beim \u00c4quivalenzvergleich zu verwenden. Bei KI-Anwendungen ist es die Modellarchitektur, die am ehestem dem \u201efunctional principle\u201c entspricht.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"jig_defbox\"><div class=\"jig_defbox-definition\"><div class=\"jig_defbox-icon-wrapper\" style=\"fill:#919191\"><svg viewBox=\"0 0 576 512\" width=\"24\" height=\"24\" class=\"dashicons\" aria-hidden=\"true\"><path d=\"M569.5,440c18.5,32-4.7,72-41.6,72H48.1c-36.9,0-60-40.1-41.6-72L246.4,24c18.5-32,64.7-32,83.2,0L569.5,440 L569.5,440z M288,354c-25.4,0-46,20.6-46,46s20.6,46,46,46s46-20.6,46-46S313.4,354,288,354z M244.3,188.7l7.4,136 c0.3,6.4,5.6,11.3,12,11.3h48.5c6.4,0,11.6-5,12-11.3l7.4-136c0.4-6.9-5.1-12.7-12-12.7h-63.4C249.4,176,244,181.8,244.3,188.7 L244.3,188.7z\"><\/path><\/svg><\/div><span class=\"jig_defbox-header\" style=\"color:#919191\">Achtung<\/span><\/div>\n<p>Es gibt derzeit keine einheitliche Einsch\u00e4tzung der Beh\u00f6rden und Benannten Stellen, ob eine gleiche oder \u00e4hnliche Modellarchitektur ausreicht, um die technische \u00c4quivalenz nachzuweisen. Daher sollten Hersteller immer die \u201eclinical performance\u201c beider Produkte bestimmen und vergleichen. Diese Vergleiche m\u00fcssen auf angemessenen wissenschaftlichen Begr\u00fcndungen beruhen. Ohne Zugriff auf das andere Modell und\/oder die Technische Dokumentation des anderen Produkts wird ein solcher Vergleich nur schwer zu f\u00fchren sein.<\/p>\n\n\n\n<p>Falls es eine CE-markierte KI-Software mit derselben Zweckbestimmung auf dem Markt gibt, dann w\u00e4re eben jener Vergleich der klinischen Leistung der beiden MDSW-Produkte das Ziel der ben\u00f6tigten klinischen Studie.<\/p>\n\n\n\n<p>Die bereits zugelassene KI mit derselben Zweckbestimmung w\u00e4re die Vergleichsmethode, und es w\u00fcrden die verf\u00fcgbaren Validierungsdatens\u00e4tze mit beiden KI-Software-Produkten analysiert und der Anteil der \u00dcbereinstimmung (percent of agreement) untersucht werden. Ggf. w\u00fcrde man eine weitere Referenzmethode hinzuziehen \u2013 je nach G\u00fcte der bereits zugelassenen KI-Software und der klinischen Strategie bzw. Leistungsbewertungsstrategie.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n<p>Es bedarf ausreichend klinischer Daten, um die Konformit\u00e4t mit den grundlegenden Sicherheits- und Leistungsanforderungen nachzuweisen. Klinische Daten lassen sich auch auf anderen Wegen als durch klinische Studien sammeln (s. n\u00e4chstes Kapitel).<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">4. Nachweis der Konformit\u00e4t<\/h2>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">a) Nachzuweisende Aspekte\/Anforderungen<\/h3>\n\n\n\n<p>Mit klinischen Daten m\u00fcssen die Hersteller die Sicherheit, Leistungsf\u00e4higkeit und den klinischen Nutzen ihrer Medizinprodukte bzw. IVD nachweisen. Im Fall von \u201eMedical Device Software\u201c (MDSW) bedeutet dies gem\u00e4\u00df <a href=\"https:\/\/ec.europa.eu\/docsroom\/documents\/40323\">MDCG 2020-1<\/a> den Nachweis von:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Clinical association \/ scientific validity<\/li>\n\n\n\n<li>Technical performance \/ analytical performance<\/li>\n\n\n\n<li>Clinical performance<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/klinische-Studien-bei-kuenstlicher-Intelligenz-Nachweise.png\" data-rel=\"lightbox-image-0\" data-rl_title=\"\" data-rl_caption=\"\" title=\"\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"451\" src=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/klinische-Studien-bei-kuenstlicher-Intelligenz-Nachweise-1024x451.png\" alt=\"Das magische Dreieck verbindet die spezifischen Aspekte des klinischen Nachweises f\u00fcr Medical Device Software. F\u00fcr klinische Studien bei k\u00fcnstlicher Intelligenz sind alle  drei Aspekte nachzuweisen.\" class=\"wp-image-5376414\" srcset=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/klinische-Studien-bei-kuenstlicher-Intelligenz-Nachweise-1024x451.png 1024w, https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/klinische-Studien-bei-kuenstlicher-Intelligenz-Nachweise-300x132.png 300w, https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/klinische-Studien-bei-kuenstlicher-Intelligenz-Nachweise-768x339.png 768w, https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/klinische-Studien-bei-kuenstlicher-Intelligenz-Nachweise.png 1200w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\"><em>Abb. 1: Das magische Dreieck verbindet die spezifischen Aspekte des klinischen Nachweises f\u00fcr Medical Device Software.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<div class=\"jig_defbox\"><div class=\"jig_defbox-definition\"><div class=\"jig_defbox-icon-wrapper\" style=\"fill:#919191\"><svg viewBox=\"0 0 512 512\" width=\"24\" height=\"24\" class=\"dashicons\" aria-hidden=\"true\"><g><path d=\"M430.9,177.6c-0.3-96-78.1-174.1-174-174.9c-0.1,0-0.2,0-0.4,0c-0.2,0-0.4,0-0.5,0c-0.2,0-0.4,0-0.5,0 c-0.1,0-0.2,0-0.4,0c-95.9,0.8-173.7,78.9-174,174.9c-0.4,7.3-1.9,60.3,36.6,109.2c29.5,37.6,49.4,74.7,55,85.9v63.5 c0,0,0,0.1,0,0.1c0,0.5,0,0.9,0.1,1.4c0,0.3,0.1,0.6,0.1,0.9c0,0.1,0,0.2,0,0.2c0.4,2.7,1.4,5.2,3,7.4l33.7,55.1 c3.1,5.1,8.7,8.2,14.7,8.2h61.8c6,0,11.5-3.1,14.7-8.2l33.7-55.1c1.5-2.1,2.6-4.6,3-7.4c0-0.1,0-0.2,0-0.2c0-0.3,0.1-0.6,0.1-0.9 c0-0.5,0.1-0.9,0.1-1.4c0,0,0-0.1,0-0.1v-60.3c1.2-2.4,22.3-45.5,56.7-89.2C432.8,237.8,431.3,184.9,430.9,177.6z M303.3,418.8 h-96.2v-33.1h96.2V418.8z M276.4,475h-42.5l-13.3-21.6h69L276.4,475z M311.6,351.4H200.4c-8.6-16.3-28-50.6-55.7-85.9 c-32-40.6-29.3-85.7-29.3-86c0-0.4,0.1-0.9,0.1-1.3c0-77.6,63-140.8,140.5-141.1c77.5,0.3,140.5,63.5,140.5,141.1 c0,0.4,0,0.9,0.1,1.3c0,0.4,3.1,44.9-29.3,86C339.5,300.8,320.2,335.1,311.6,351.4z\"><\/path><path d=\"M257.8,64.4c-62,0-112.5,50.5-112.5,112.5c0,9.5,7.7,17.2,17.2,17.2s17.2-7.7,17.2-17.2 c0-43.1,35-78.1,78.1-78.1c9.5,0,17.2-7.7,17.2-17.2S267.3,64.4,257.8,64.4z\"><\/path><\/g><\/svg><\/div><span class=\"jig_defbox-header\" style=\"color:#919191\">Hinweis<\/span><\/div>\n<p>MDSW umfasst Standalone-Software und Software als Teil eines Medizinprodukts bzw. IVDs, wenn es direkt dessen Zweckbestimmung dient. Ein Beispiel daf\u00fcr ist die Software eines Defibrillators, die den Herzschlag eines Patienten erkennt.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n<p>Tabelle 1 stellt diese drei Aspekte des klinischen Nachweises am Beispiel einer KI-basierten Medizinprodukte-Software vor, welche in CT-Bildern krebsverd\u00e4chtiges Gewebe identifiziert.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-table\"><table><tbody><tr><td><strong>Nachzuweisender Aspekt<\/strong><\/td><td><strong>Beschreibung<\/strong><\/td><td><strong>Beispiel<\/strong><\/td><\/tr><tr><td>Clinical association \/ scientific validity<\/td><td>Es gibt einen Zusammenhang zwischen dem Output der Software und dem zu pr\u00fcfenden physiologischen\/klinischen Zustand.<\/td><td>Die Helligkeitswerte<sup>1)<\/sup>, die die Software markiert, beschreiben tats\u00e4chlich Krebsgewebe.<br><\/td><\/tr><tr><td>Technical performance \/ analytical performance<\/td><td>Gegebene Inputs f\u00fchren unter Verwendung des Algorithmus reproduzierbar zu korrekten Outputs.<\/td><td>Die Software markiert in den Bildern korrekt und reproduzierbar die Stellen mit bestimmten Helligkeitswerten<sup>1<\/sup>.<\/td><\/tr><tr><td>Clinical performance<\/td><td>Die Zweckbestimmung wird f\u00fcr alle vorgesehenen Patienten (mit jeweiligen Krankheiten) im entsprechenden Nutzungskontext durch die vorgesehenen Nutzer erreicht.<\/td><td>Die vorgesehenen Anwender erkennen den Krebs auch in Bildern von anderen CTs, bei Patienten in Bauchlage, bei gleichzeitigen Verkalkungen des Gewebes usw. korrekt. Metriken wie die diagnostische Sensitivit\u00e4t und Spezifit\u00e4t bestimmen die klinische Leistungsf\u00e4higkeit.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><figcaption class=\"wp-element-caption\"><em>Tabelle 1: F\u00fcr Medical Device Software und damit auch KI-basierte Medizinprodukte-Software m\u00fcssen drei Aspekte des klinischen Nachweises belegt werden.<\/em><br><sup>1)<\/sup> Bei CTs entsprechen die Helligkeitswerte den Hounsfield-Units (HU), manchmal auch als \u201eR\u00f6ntgendichte\u201c bezeichnet.<br><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">b) Methoden zum Nachweis<\/h3>\n\n\n\n<p>Die Leitlinie MDCG 2020-1 schl\u00e4gt verschiedene Methoden vor, um die o.g. Aspekte nachzuweisen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-table\"><table><tbody><tr><td><strong>Nachzuweisender Aspekt<\/strong><\/td><td><strong>Methoden (Beispiele)<\/strong><\/td><\/tr><tr><td>Clinical association \/ scientific validity<\/td><td>Systematische Literaturrecherche in medizinischen Leitlinien und wissenschaftlicher Literatur (Es ist z. B. beschrieben, welche \u201eHelligkeitswerte\u201c Krebsgewebe hat.)<br>Klinische Pr\u00fcfungen bzw. klinische Leistungsstudien f\u00fcr IVD-\/MD-Software<\/td><\/tr><tr><td>Technical performance \/ analytical performance<\/td><td>Software-Testing auf Systemebene zum Nachweis der folgenden Leistungsparameter: analytische Sensitivit\u00e4t, analytische Spezifit\u00e4t, Richtigkeit (Verzerrung), Pr\u00e4zision (Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit), Genauigkeit (als Ergebnis von Richtigkeit und Pr\u00e4zision), Nachweis- und Quantifizierungsgrenzen, Messbereich, Linearit\u00e4t, Cut-off. <br>(Diese Tests werden erg\u00e4nzend durchgef\u00fchrt zu bzw. basierend auf den Unit- und Integration-Tests gem\u00e4\u00df IEC 62304, dem Nachweis der IT-Sicherheit und der Gebrauchstauglichkeit; vgl. die Kriterien der <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/iec-62304-%20medizinische-software\/iso-9126-und-iso-25010\/\">ISO 25010<\/a>.)<\/td><\/tr><tr><td>Clinical performance<\/td><td>Retrospektive Analysen vorhandener Daten in ausreichender Qualit\u00e4t und Quantit\u00e4t<br>Klinische Pr\u00fcfungen (bzw. klinische Leistungsstudien f\u00fcr IVD-\/MD-Software) <br><a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/regulatory-affairs\/simulation\/\">Simulationen<\/a> <br>Klinische Literatur (setzt \u00c4quivalenz \u2013 auch die klinische \u00c4quivalenz \u2013 voraus) kann ggf. als Basis oder erg\u00e4nzend genutzt werden.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><figcaption class=\"wp-element-caption\"><em>Tabelle 2: F\u00fcr jeden Aspekt gilt es, die richtigen Methoden zu verwenden<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<div class=\"jig_defbox\"><div class=\"jig_defbox-definition\"><div class=\"jig_defbox-icon-wrapper\" style=\"fill:#919191\"><svg viewBox=\"0 0 512 512\" width=\"24\" height=\"24\" class=\"dashicons\" aria-hidden=\"true\"><g><path d=\"M430.9,177.6c-0.3-96-78.1-174.1-174-174.9c-0.1,0-0.2,0-0.4,0c-0.2,0-0.4,0-0.5,0c-0.2,0-0.4,0-0.5,0 c-0.1,0-0.2,0-0.4,0c-95.9,0.8-173.7,78.9-174,174.9c-0.4,7.3-1.9,60.3,36.6,109.2c29.5,37.6,49.4,74.7,55,85.9v63.5 c0,0,0,0.1,0,0.1c0,0.5,0,0.9,0.1,1.4c0,0.3,0.1,0.6,0.1,0.9c0,0.1,0,0.2,0,0.2c0.4,2.7,1.4,5.2,3,7.4l33.7,55.1 c3.1,5.1,8.7,8.2,14.7,8.2h61.8c6,0,11.5-3.1,14.7-8.2l33.7-55.1c1.5-2.1,2.6-4.6,3-7.4c0-0.1,0-0.2,0-0.2c0-0.3,0.1-0.6,0.1-0.9 c0-0.5,0.1-0.9,0.1-1.4c0,0,0-0.1,0-0.1v-60.3c1.2-2.4,22.3-45.5,56.7-89.2C432.8,237.8,431.3,184.9,430.9,177.6z M303.3,418.8 h-96.2v-33.1h96.2V418.8z M276.4,475h-42.5l-13.3-21.6h69L276.4,475z M311.6,351.4H200.4c-8.6-16.3-28-50.6-55.7-85.9 c-32-40.6-29.3-85.7-29.3-86c0-0.4,0.1-0.9,0.1-1.3c0-77.6,63-140.8,140.5-141.1c77.5,0.3,140.5,63.5,140.5,141.1 c0,0.4,0,0.9,0.1,1.3c0,0.4,3.1,44.9-29.3,86C339.5,300.8,320.2,335.1,311.6,351.4z\"><\/path><path d=\"M257.8,64.4c-62,0-112.5,50.5-112.5,112.5c0,9.5,7.7,17.2,17.2,17.2s17.2-7.7,17.2-17.2 c0-43.1,35-78.1,78.1-78.1c9.5,0,17.2-7.7,17.2-17.2S267.3,64.4,257.8,64.4z\"><\/path><\/g><\/svg><\/div><span class=\"jig_defbox-header\" style=\"color:#919191\">Hinweis<\/span><\/div>\n<p>Die Validierung der KI-Software gegen die Zweckbestimmung umfasst neben dem Nachweis der klinischen Leistung auch <a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/iec-62366-usability\/usability-validierung\/\">Usability-Tests<\/a> (<a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/iec-62366-usability\/summative-evaluierung\/\">summative Evaluation<\/a>) zum Nachweis der Gebrauchstauglichkeit.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n<div class=\"jig_defbox\"><div class=\"jig_defbox-definition\"><div class=\"jig_defbox-icon-wrapper\" style=\"fill:#919191\"><svg viewBox=\"0 0 48 48\" width=\"24\" height=\"24\" class=\"dashicons\" aria-hidden=\"true\"><g><path d=\"M20,19.5h16v-3H20V19.5z M20,25.5h16v-3H20V25.5z M20,31.5h10v-3H20V31.5z M14.1,20c0.6,0,1-0.2,1.4-0.6 c0.4-0.4,0.6-0.9,0.6-1.4s-0.2-1-0.6-1.4c-0.4-0.4-0.9-0.6-1.4-0.6c-0.6,0-1,0.2-1.4,0.6c-0.4,0.4-0.6,0.9-0.6,1.4 c0,0.6,0.2,1,0.6,1.4C13,19.9,13.5,20,14.1,20z M14.1,26c0.6,0,1-0.2,1.4-0.6c0.4-0.4,0.6-0.9,0.6-1.4c0-0.6-0.2-1-0.6-1.4 S14.6,22,14.1,22c-0.6,0-1,0.2-1.4,0.6s-0.6,0.9-0.6,1.4c0,0.6,0.2,1,0.6,1.4S13.5,26,14.1,26z M14.1,32c0.6,0,1-0.2,1.4-0.6 c0.4-0.4,0.6-0.9,0.6-1.4c0-0.6-0.2-1-0.6-1.4c-0.4-0.4-0.9-0.6-1.4-0.6c-0.6,0-1,0.2-1.4,0.6s-0.6,0.9-0.6,1.4 c0,0.6,0.2,1,0.6,1.4S13.5,32,14.1,32z M7,40c-1.7,0-3-1.4-3-3V11c0-0.8,0.3-1.5,0.9-2.1C5.5,8.3,6.2,8,7,8h34 c0.8,0,1.5,0.3,2.1,0.9C43.7,9.5,44,10.2,44,11v26c0,0.8-0.3,1.5-0.9,2.1C42.5,39.7,41.8,40,41,40L7,40z M7,37h34V11H7V37z M7,11\"><\/path><\/g><\/svg><\/div><span class=\"jig_defbox-header\" style=\"color:#919191\">Weiterf\u00fchrende Informationen<\/span><\/div>\n<p>Das GHTF-Dokument <a href=\"https:\/\/www.imdrf.org\/sites\/default\/files\/docs\/imdrf\/final\/technical\/imdrf-tech-170921-samd-n41-clinical-evaluation_1.pdf\">Software as a Medical Device: Clinical Evaluation<\/a> nennt weitere Methoden und erl\u00e4utert die nachzuweisenden Aspekte.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">5. Sammeln klinischer Daten<\/h2>\n\n\n\n<p>Der Nachweis der klinischen Leistungsf\u00e4higkeit (\u201eclinical performance\u201c) stellt f\u00fcr Hersteller KI-basierter Medizinprodukte die gr\u00f6\u00dfte H\u00fcrde dar. Das bedeutet aber nicht, dass prospektive klinische Studien immer notwendig sind.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">a) Retrospektive Analysen<\/h3>\n\n\n\n<p>Bei einer retrospektiven Analyse nutzen Hersteller bereits vorhandene Daten. <\/p>\n\n\n\n<p>Im Fall einer Software zur Krebserkennung k\u00f6nnte der Hersteller vorhandene CT-Aufnahmen nutzen, diese durch die Software bewerten lassen und mit vorhandenen Krebsdiagnosen vergleichen. Dies funktioniert aber nur, wenn folgende Voraussetzungen erf\u00fcllt sind:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Die Bilder wurden unter vergleichbaren technischen Rahmenbedingungen gewonnen, wie sie vom bestimmungsgem\u00e4\u00dfen Gebrauch vorgesehen sind. Dazu z\u00e4hlen die Aufnahmeger\u00e4te (CTs), Aufnahme-Parameter (z. B. Strahlungsintensit\u00e4t, Winkel, Patientenpositionierung, mit\/ohne Kontrastmittel) und Bildparameter (Gr\u00f6\u00dfe und Aufl\u00f6sung der Bilder, Kodierung der Hounsfield-Werte)<\/li>\n\n\n\n<li>Das Patientenkollektiv, mit dem die Bilder aufgezeichnet wurden, ist vergleichbar mit dem in der Zweckbestimmung vorgesehenen Kollektiv. Dazu z\u00e4hlen anatomische und morphologische Eigenschaften ebenso wie verschiedene Orte, Gr\u00f6\u00dfen und Arten des Tumors und m\u00f6glicher Erg\u00fcsse.<\/li>\n\n\n\n<li>Die Fallzahl ist ausreichend und die Qualit\u00e4t der Daten ist wissenschaftlich valide.<\/li>\n\n\n\n<li>Die Einverst\u00e4ndniserkl\u00e4rung zur Nutzung der Daten f\u00fcr klinische Studienzwecke liegt vor.<\/li>\n\n\n\n<li>Auch die Vergleichbarkeit der Nutzer und der Nutzungsumgebung m\u00fcssten diskutiert werden. Allerdings lassen sich Usability-Tests leichter nachholen als klinische Studien.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">b) Klinische Studien bei k\u00fcnstlicher Intelligenz<\/h3>\n\n\n\n<p>Falls diese Voraussetzungen nicht oder nicht vollst\u00e4ndig erf\u00fcllt sind, m\u00fcssen Hersteller die klinischen Daten generieren, typischerweise durch eine <strong>prospektive klinische Pr\u00fcfung (bzw. klinische Leistungsstudie bei IVD-\/MD-Software)<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n<p>Das w\u00e4re beispielsweise notwendig, falls die Software auch f\u00fcr Patienten mit einer Krebserkrankung genutzt werden soll, zu denen noch keine ausreichenden klinischen Daten vorliegen. Im konkreten Fall m\u00fcsste die klinische Studie zumindest die korrekte Segmentierung des Krebsgewebes f\u00fcr dieses bislang nicht \u00fcberpr\u00fcfte Patientenkollektiv nachweisen.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">6. Fazit<\/h2>\n\n\n\n<p>In der Regel scheitert der Versuch, die \u00c4quivalenz von KI-Modellen zu beweisen und die klinische Leistungsf\u00e4higkeit der Software mittels Literatur zu belegen. Viele Hersteller werben sogar explizit mit \u201ebesseren\u201c Modellen.<\/p>\n\n\n\n<p>Das bedeutet aber nicht, dass bei KI-basierten Medizinprodukten zwingend eine prospektive klinische Studie notwendig wird. Oft ist es m\u00f6glich, diese Studien durch retrospektive Analysen bereits verf\u00fcgbarer Daten ausreichender Qualit\u00e4t und Quantit\u00e4t ganz oder teilweise zu vermeiden.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"jig_defbox\"><div class=\"jig_defbox-definition\"><div class=\"jig_defbox-icon-wrapper\" style=\"fill:#919191\"><svg viewBox=\"0 0 512 512\" width=\"24\" height=\"24\" class=\"dashicons\" aria-hidden=\"true\"><g><path d=\"M430.9,177.6c-0.3-96-78.1-174.1-174-174.9c-0.1,0-0.2,0-0.4,0c-0.2,0-0.4,0-0.5,0c-0.2,0-0.4,0-0.5,0 c-0.1,0-0.2,0-0.4,0c-95.9,0.8-173.7,78.9-174,174.9c-0.4,7.3-1.9,60.3,36.6,109.2c29.5,37.6,49.4,74.7,55,85.9v63.5 c0,0,0,0.1,0,0.1c0,0.5,0,0.9,0.1,1.4c0,0.3,0.1,0.6,0.1,0.9c0,0.1,0,0.2,0,0.2c0.4,2.7,1.4,5.2,3,7.4l33.7,55.1 c3.1,5.1,8.7,8.2,14.7,8.2h61.8c6,0,11.5-3.1,14.7-8.2l33.7-55.1c1.5-2.1,2.6-4.6,3-7.4c0-0.1,0-0.2,0-0.2c0-0.3,0.1-0.6,0.1-0.9 c0-0.5,0.1-0.9,0.1-1.4c0,0,0-0.1,0-0.1v-60.3c1.2-2.4,22.3-45.5,56.7-89.2C432.8,237.8,431.3,184.9,430.9,177.6z M303.3,418.8 h-96.2v-33.1h96.2V418.8z M276.4,475h-42.5l-13.3-21.6h69L276.4,475z M311.6,351.4H200.4c-8.6-16.3-28-50.6-55.7-85.9 c-32-40.6-29.3-85.7-29.3-86c0-0.4,0.1-0.9,0.1-1.3c0-77.6,63-140.8,140.5-141.1c77.5,0.3,140.5,63.5,140.5,141.1 c0,0.4,0,0.9,0.1,1.3c0,0.4,3.1,44.9-29.3,86C339.5,300.8,320.2,335.1,311.6,351.4z\"><\/path><path d=\"M257.8,64.4c-62,0-112.5,50.5-112.5,112.5c0,9.5,7.7,17.2,17.2,17.2s17.2-7.7,17.2-17.2 c0-43.1,35-78.1,78.1-78.1c9.5,0,17.2-7.7,17.2-17.2S267.3,64.4,257.8,64.4z\"><\/path><\/g><\/svg><\/div><span class=\"jig_defbox-header\" style=\"color:#919191\">Tipp<\/span><\/div>\n<p>Durch eine klug gew\u00e4hlte klinische Strategie bzw. Leistungsbewertungsstrategie und eine fokussierten Zweckbestimmung gelingt es, das Produkt schneller in den Markt zu bringen. W\u00e4hrend der anschlie\u00dfenden Anwendung des Produkts werden klinische Daten erzeugt, die Sie z. B. als PMCF- bzw. PMPF-Studien auswerten und f\u00fcr eine Erweiterung der Zweckbestimmung nutzen k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n<p><a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/kontakt\/\">Melden Sie sich<\/a>, um<strong> <\/strong>mit den klinischen Expertinnen und Experten des Johner Instituts <strong>die beste klinische Strategie bzw. Leistungsbewertungsstrategie f\u00fcr Ihr Produkt zu erarbeiten. <\/strong>Sie sparen dadurch Zeit und Geld (z. B. f\u00fcr klinische Studien bei k\u00fcnstlicher Intelligenz) und k\u00f6nnen Ihr Produkt schnell und konform in den Verkehr bringen.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\"\/>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>F\u00fcr Hersteller ist die Antwort auf die Frage relevant, ob und wann beim Einsatz k\u00fcnstlicher Intelligenz in Medizinprodukten klinische Studien notwendig sind. Denn davon h\u00e4ngen die Dauer und die Kosten ab, um diese Produkte in den Markt zu bringen. 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