Algorithmen für die Praxis
Zucker-Manager für die Westentasche

- Bild: DIAdvisor
Das EU-Konsortium DIAdvisor hat für Diabetiker ein Vorhersage-Gerät entwickelt. Es prognostiziert die kurzfristige Blutzuckerentwicklung und gibt Therapie-Tipps. Für das Herz der Maschine ist Sergei Pereverzyev mitverantwortlich. Das Team um den RICAM-Mathematiker hat Zuckerschwankungen im Blut kalkulierbar gemacht.
Es brauchte einiges an Überzeugungsarbeit. Doch dann hatten es die Mechatronik-Experten von der Johannes-Kepler-Universität geschafft. Sie konnten ihren Linzer „Nachbarn“ mit ins Boot des EU-Projekts DIAdvisor holen: den RICAM-Mathematiker Sergei Pereverzyev. Dieser musste erst einmal „beweisen“, dass er es „verdiente“, mit an Bord des 7,1 Millionen schweren EU-Konsortiums zu sein. Denn zu Beginn waren längst nicht alle Projektpartner davon überzeugt, dass ausgerechnet ein Mathematik-Team dabei helfen könnte, Diabetes besser in den Griff zu bekommen.
Auch Sergei Pereverzyev, geboren 1955 in der Ukraine und seit 2003 am RICAM, ließ sich mit seiner Teilnahme an DIAdvisor auf fremde (Wissenschafts-)Kulturen und deren Praxis ein, zum Beispiel jene von Medizin, Pharmaindustrie und Softwareentwicklung. „Es war sehr interessant zu sehen, wie andere arbeiten, wir haben viel gelernt“, so der Forscher, für den die Mathematik ein leistungsstarkes, aber außerhalb der akademischen Welt leider noch weitgehend unbekanntes Werkzeug ist.
13 an einem Strang
So unterschiedlich die 13 Forschergruppen aus neun Ländern auch waren – letztlich zogen alle an einem Strang. Am Ende der Förderperiode (2008 – 2012) konnten sie mit einem viel versprechenden Ergebnis aufwarten, und zwar in Form eines medizintechnischen Geräts, das etwa die Größe eines Taschenkalenders hat.
Es trägt wie das Forschungsprojekt den Namen DIAdvisor und ist dank implementierter mathematischer Modelle in der Lage, kurzfristige Vorhersagen über die Entwicklung des Blutzuckerspiegels von Diabetes-Patienten zu machen. Weiters gibt das Gerät Empfehlungen für therapeutische Maßnahmen (z. B. Insulin-Injektion, Traubenzucker-Aufnahme).
Berg- und Talfahrt im Blut
Doch wozu braucht es so einen Zucker-Manager überhaupt? Sind moderne Diabetespatient(inn)en nicht ohnehin bestens mit Messstreifen, Pumpen, Medikamenten und Co ausgestattet? „Auch routinierte Zuckerkranke, die ihren Blutzuckerspiegel konsequent kontrollieren, geraten immer wieder in den Zustand von starker Unterzuckerung. Sie fürchten ein dadurch drohendes Koma“, beschreibt Pereverzyev die Tücken der Zuckerkrankheit.
DIAdvisor kann, so ist er überzeugt, durch bessere Planbarkeit zu mehr Lebensqualität (und weniger Angst vor Unterzuckerung) führen. Weiters soll das Instrument helfen, Blutzuckerspitzen und die daraus resultierenden Komplikationen sowie Kosten für das Gesundheitssystem zu mindern.
Noch gibt es die Maschine nur als Prototyp. Dieser hat bei klinischen Experimenten an 90 Personen in Tschechien, Italien und Frankreich gut abgeschnitten. An den Tests beteiligte Ärzte sowie Patienten halten DIAdvisor mit seinem 20 Minuten langen Vorhersageintervall für verlässlich genug, um Blutzuckerschwankungen absehbar und gefährliche Situationen vermeidbarer zu machen.
Um diese Ergebnisse überhaupt zu ermöglichen, hatte Sergei Pereverzyev mit drei Mitarbeitern (zwei PhD-Studentinnen aus China beziehungsweise der Ukraine, ein Postdoc aus Indien) in Patientendaten geschürft. Diese Messungen (Körpertemperatur, Herzschlag, Atmung, Blutzucker etc.) waren zu Projektbeginn millionenfach ermittelt worden.

- Bild: DIAdvisor
Weniger ist mehr
Doch sind diese Informationen überhaupt alle notwendig? „Wir wollten herausfinden, welche Parameter wir wirklich brauchen“, erinnert sich der Experte für inverse Probleme, der über Karrierestationen in Kiew, Moskau, Peking und Kaiserslautern nach Österreich gekommen ist.
Interessanterweise, so fand das mit rund 350.000 Euro geförderte RICAM-Team bei der Entwicklung von Algorithmen heraus, sind für eine verlässliche Zukunftsschau nur erstaunlich wenige Kanäle notwendig. Es reicht, wenn die Maschine von ‚ihrem“ Patienten mit Daten zu Blutzuckermessungen, Insulininjektionen und Mahlzeiten gefüttert wird.
Weitere Besonderheiten des ‚schlanken“ Pereverzyev“schen Modells, das sich im direkten Praxisvergleich gegen konkurrierende Entwürfe (z. B. ein Optimal-Control-Modell) durchsetzte: Es ist lernfähig und gibt an, wie hoch die Verlässlichkeit seiner jeweiligen Prognose ist. Gemeinsam mit Novo Nordisk reichte die ÖAW das mathematische Modell 2011 zur Patentanmeldung ein.
Auf dem Weg zum Wegbegleiter
Keinesfalls, so betont Sergei Pereverzyev, werde die ‚Rechenmaschine für Diabetiker“ jemals den Mediziner ersetzen oder Patienten zum Befehlsempfänger einer Maschine degradieren. Vielmehr stellt er sich DIAdvisor als wertvolle Stütze im Management von Diabetes vor. Von der Zivilisationskrankheit sind Schätzungen zufolge in Europa 60 Millionen betroffen (Typ-1- und Typ-2-Diabetes).
Deswegen ist die Weiterentwicklung des Geräts, im Idealfall bis zur Marktreife, schon geplant. Schrumpfen und somit handlicher werden soll es. Auch das mathematische Innenleben kann noch weiter vereinfacht werden. Entsprechende Förderansuchen werden derzeit geprüft.
Partner des hoffnungsvollen Konsortiums soll dabei wieder die RICAM-Gruppe um Sergei Pereverzyev werden. Diskussionen darüber, ob Mathematiker überhaupt für elegante Problemlösungen in Klinik und Industrie sorgen können, gab es diesmal nicht. JH
Kontakt:
Prof. Dr. Sergei Pereverzyev
Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW)
Johann Radon Institute for Computational and Applied Mathematics (RICAM)
Altenbergerstraße 69
4040 Linz
T +43 732 2468 5215
sergei.pereverzyev@oeaw.ac.at
http://www.ricam.oeaw.ac.at/

