Mediendienst

Mit Mathe gegen den Tumor

Presseinformation / 1.8.2002

Wenn ein Krebsgeschwür mit harter Röntgenstrahlung zerstört werden soll, ist ein exakter Bestrahlungsplan unabdingbar. Denn möglichst hohe Strahlungsdosen sollen das bösartige Geschwür treffen und dabei das umliegende gesunde Gewebe so weit wie möglich schonen. Ein verbesserter Ansatz dazu ist die »intensitätsmodulierte Radiotherapie«, die am Deutschen Krebsforschungszentrum DKFZ in Heidelberg entwickelt wird.

Ärzte beim Erstellen eines Bestrahlungsplans
© Foto iStock

Fraunhofer-Wissenschaftler entwickeln eine Software, die Radiologen selbst bei komplexen anatomischen Gegebenheiten die Auswahl und Entscheidung für einen Plan erleichtern soll.

Dabei bewegt sich die Strahlenquelle um den Körper des Patienten und nimmt den Tumor unter allen möglichen Winkeln mit variabler Intensität unter Beschuss. Gleichzeitig wird die Form des Strahls angepasst, indem ihn computergesteuerte, bewegliche Metallblätter oder -lamellen seitlich begrenzen.

Wie ein vertretbarer und ausgewogener Kompromiss zwischen Schädigung und Schonung in einem Bestrahlungsplan schneller und besser als bisher gefunden wird, zeigt das Projekt RADIOPLAN. Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM entwickeln mit Kollegen des Fraunhofer-Instituts für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI und des DKFZ eine Software, die Radiologen selbst bei komplexen anatomischen Gegebenheiten die Auswahl und Entscheidung für einen Plan erleichtern soll.

»Bei der Fülle der Variablen ist klar, dass es den besten Bestrahlungsplan nicht geben kann«, betont Dr. Karl-Heinz Küfer von der Optimierungsabteilung des ITWM. »In der klinischen Praxis werden die Dosisverteilungen in den verschiedenen Geweben bisher nach Erfahrung bewertet. Daraus entwirft der Computer einen Plan, der in mehreren Zyklen mit dem Radiologen zeitaufwendig und daher wenig effizient so weit wie möglich optimiert wird.« Im Projekt RADIOPLAN hingegen kommt die mehrkriterielle Entscheidungstheorie zum Zug: Das Optimum ist dann erreicht, wenn die Verbesserung des Dosiseintrags in ein Organ nur noch eine Verschlechterung in anderen Organen nach sich zieht. Als Beurteilungsgrundlage dienen der Software mehrere hundert Bestrahlungspläne, die in einer Datenbank gespeichert sind.

»Nicht nur Genauigkeit und Zeitersparnis sind wichtig«, weiß Küfer über die Arbeitsweise von Radiologen. »Will der Arzt geänderte Parameter in die Software eingeben oder verschiedene Szenarien ausgeben und vergleichen, so sollte dies nachvollziehbar und anschaulich möglich sein. Daher haben wir ein einfach bedienbares, inzwischen patentiertes Navigations-Tool in die Software integriert.«

Mathematik für den Menschen

Regen Zuspruch fand auch die Entwicklung des Fraunhofer ITWM im Bereich der Risikoanalyse beim plötzlichen Herztod. In Deutschland sterben stündlich zehn Menschen den plötzlichen Herztod, der in den meisten Fällen auf Rhythmusstörungen des Herzens zurückzuführen ist. Eine noch experimentelle Software des Fraunhofer ITWM analysiert die EKG-Daten, erkennt krankhafte Abweichungen im Rhythmus und ermittelt so das Risiko für den plötzlichen Herztod. Der Arzt kann den Patienten entsprechend behandeln.

Ein Schlüssel zu mehr Nachhaltigkeit ist die Integrierte Produktpolitik (IPP). Sie berücksichtigt die Umweltauswirkungen eines Produkts über seinen gesamten Lebensweg. Ein Beispiel hierfür ist die Entwicklung von Formpressteilen im Automobilbau. So setzt das Fraunhofer ITWM mathematische Methoden ein, um zum Beispiel einen Dachhimmel IPP-gerecht zu entwickeln. Die Optimierung mittels Computersimulationen erleichtert die Entwicklung von akustisch und mechanisch wirksamen Dachhimmeln und Verkleidungen aus stofflich wieder verwertbaren Polyestervliesen. So kann der Stoffkreislauf Rohstoff - Faser - Formpressteil - Rohstoff geschlossen werden. »Durch Computersimulationen ist es möglich, in der IPP-gerechten Produktentwicklung eine Vielzahl potenzieller Möglichkeiten durchzuspielen. Das spart Material, Energie und Zeit«, betont Prof. Dr. Dieter Prätzel-Wolters, Leiter des ITWM.

Die Berliner und die zahlreichen auswärtigen Gäste zeigten großes Interesse an den Möglichkeiten der angewandten Forschung. Informationsmaterial über die Fraunhofer Gesellschaft und das ITWM war schnell vergriffen. Der Kanzlerpark an der Spree bot bei strahlendem Sonnenschein ein prächtiges Ambiente für die »Staatsbesucher«. Rockende Berliner Polizisten und die swingende Bigband des BGS sorgten für ausgelassene Stimmung im Park. All dies trug hoffentlich mit dazu bei, dass »Mathematik aus Kaiserslautern« in »nachhaltiger Erinnerung« bleibt. Viele Besucher stutzten zunächst: »Mathematik aus Kaiserslautern ist das denn was Besonderes?«, und ließen sich dann restlos überzeugen. Das Interesse an Forschungskooperationen und die vielen Fragen nach Studien- und Beschäftigungsmöglichkeiten in Kaiserslautern ließen für Dr. Marion Schulz-Reese vom Fraunhofer ITWM nur den einen Schluss zu: »Der Auftritt hier im Kanzleramt war für das ITWM und auch die Stadt Kaiserslautern ein voller Erfolg.«