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Synchronizing Healthcare

Zwillingsforschung

Digitale Doppelgänger im Dienste der Gesundheit

04. November 2019
Michaela Endemann
SCHAFFLER VERLAG, ÖKZ: 60. JG (2019) 08-09
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ClipDealer / drizzd

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Bildrechte: ClipDealer / drizzd

Gleich vorweg, es handelt sich nicht um die klassische Zwillingsforschung, die auch bereits aus den Möglichkeiten digitaler Tools schöpft, sondern um einen Begriff, der gerade dabei ist, im Gesundheitsbereich ein Modewort zu werden: „Digital Twin“, also digitaler Zwilling. Schon seit Jahrzehnten bekannt sind Simulationen in der Automobilindustrie oder in der Luft- und Raumfahrt, ja in Teilbereichen auch in der Entwicklung von Prothesen oder anderen Medizinprodukten. Dabei dienen digitale Abbilder zur Simulation beispielsweise der Bruch- und Zugfestigkeit von Materialien oder des Verhaltens im Zusammenspiel mit anderen Bauteilen. Konstruktionsbegleitend werden diese Simulationen eingesetzt, um Forschung und Entwicklung zu beschleunigen und teures Material für unzählige Prototypen zu sparen. Kein Flugzeug, kein Auto würde heute starten, wenn nicht vorher die Flug- oder Fahreigenschaften in einem Computermodell simuliert worden wären. Mittlerweile kann sogar mittels virtueller Crashtests vorhergesagt werden, wie sich ein bestimmtes Bauteil aus einem bestimmten Material bei einem Crash verhalten wird.

Die Visionen im Gesundheitsbereich sind ebenfalls groß, von „Gesundheitsavatar“, einem digitalen Double, ist vielerorts die Rede, vom lebenslangen reichhaltigen Datensatz einer Person, der in Kombination mit KI-gestützten Modellen Antworten auf eine Reihe von klinischen Fragen geben oder Therapieergebnisse vorhersagen kann. „Der futuristische Avatar, ein kompletter Mensch mit all seinen Eigenschaften, ist sicher noch ferne Zukunft, doch Bausteine davon sind heute bereits im Einsatz, ohne dass sie als digitale Zwillinge wahrgenommen und so auch meist nicht genannt werden“, erklärt Kurt Zatloukal, Leiter des Diagnostik- und Forschungszentrums für Molekulare BioMedizin an der Medizinischen Universität Graz.

Digitales Herz und OP-Vorbereitung

Im Projekt The living heart1 wurde ein realistisch funktionierendes virtuelles Herz aus unzähligen Datenquellen erstellt; es kann auf Interventionen reagieren. So soll es möglich sein, die Herzfunktion besser zu verstehen. Mit Anreicherung von Patientendaten könnte es in Zukunft möglich sein, personalisierte Modelle und Therapien vorab zu testen. Virtuelle Abbildungen aus CT- und MRT-Bildern eines Patienten werden eingesetzt, um z.B. künstliche Gelenke vorab genau einzupassen oder Tumoren genau abzugrenzen2, 3. In der Partikeltherapie, einem Verfahren der Strahlentherapie, bei dem der Tumor mit hochenergetischen positiven Ionen bestrahlt wird, wird die Anatomie der Patientin auf Basis von CT- und MRT-Aufnahmen für die Planung der Bestrahlung digitalisiert. „Diese dreidimensionale Darstellung bildet die Grundlage für die Definition sowohl des Tumors als auch des zu schonenden Normalgewebes sowie die Berechnung der Dosisapplikation“, erklärt Markus Stock, Leiter Medizinphysik bei MedAustron. „Seit 2016 wird die Behandlungsmaschine mithilfe von Software simuliert und darüber hinaus der Patient als Avatar im gesamten Workflow im Bestrahlungsraum digital abgebildet.“

Wirkung von Medikamenten testen

Individuelle Krankheitsverläufe werden durch das Zusammenspiel von Gensequenzen, Stoffwechselparametern und Umweltfaktoren bestimmt. Die diesem Zusammenspiel zugrundeliegende Information ist derart umfangreich und komplex, dass sie von Ärzten nicht mehr analysiert werden kann. Hier können nun Computermodelle helfen. „Wir kennen den Stoffwechsel mittlerweile recht gut, sodass wir diesen in Computermodellen abbilden können; bei der Auswirkung der zahlreichen Genmutationen, wie sie bei Tumoren vorkommen, ist das allerdings noch anders, da gehen die Expertenmeinungen auseinander, inwieweit man mit den heutigen Möglichkeiten schon valide Berechnungen durchführen könnte“, sagt Zatloukal. Mit Computermodellierung soll z.B. die Simulation der Wirksamkeit von Medikamenten in der Tumorbekämpfung vorausgesagt werden. „Gerade dieser Teilbereich eines digitalen Zwillings könnte in Zukunft Tierversuche sparen und echte personalisierte Medizin erlauben“, so Zatloukal. Denkbar sei auch, dass diese Techniken die Medikamentenentwicklung beschleunigt und rascher die optimale Therapie für einen Patienten finden lässt.

Zeitschrift
ÖKZ

Ausgabe
08-09/2019 (Jahrgang 60)

Verlag
Schaffler Verlag

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