06.08.2020

Mathematischer Algorithmus als Lebensretter

Mathematiker/innen der ÖAW um Sergei Pereverzyev haben eine Methode entwickelt, mit der die Blutzuckerwerte von Diabetiker/innen verlässlich vorhergesagt werden können.

Die Entwicklung von Blutzuckerwerten zu prognostizieren ist schwierig. © Shutterstock

Wenn von medizinischen Durchbrüchen die Rede ist, ist Mathematik meistens nicht die Disziplin, die Menschen damit ales Erstes in Verbindung bringen. “Die Leute glauben oft, dass Mathematik zu abstrakt sei, um nützlich zu sein. Das ist ein Trugschluss. Mathe ist eine Art des Denkens. Jedes Team, das an einem Problem arbeitet, sollte einen Mathematiker enthalten”, sagt Sergei Pereverzyev. Der ukrainische Mathematiker beweist mit seinen Kolleg/innen regelmäßig, dass Mathematik durchaus konkrete Probleme des Alltags lösen kann. Zuletzt hat Pereverzyev Algorithmen entwickelt, die es erlauben, die Blutzuckerwerte von Diabetiker/innen mit hoher Genauigkeit vorherzusagen.

Die Entwicklung von Blutzuckerwerten zu prognostizieren, ist ein schwieriges Problem, das von vielen Faktoren wie Insulinspiegel, Aktivität und Nahrungsaufnahme abhängt.

“Ich bin unserem Institut sehr dankbar, dass wir gefragt worden sind, uns diesem Problem zu widmen”, sagt Pereverzyev, der am Johann Radon Institut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) forscht. Die Algorithmen, die in Linz entwickelt wurden, sind Teil der App “DIASafeLife”, die mit Unterstützung der Europäischen Union von 18 europäischen Partnern aus Industrie und Forschung entwickelt wird. “Die Entwicklung von Blutzuckerwerten zu prognostizieren ist ein schwieriges Problem, das von vielen Faktoren wie Insulinspiegel, Aktivität und Nahrungsaufnahme abhängt”, erklärt Pereverzyev. Eine akkurate Vorhersage der Blutzuckerwerte, vor allem für die Nacht, kann das Leben von Diabetiker/innen deutlich erleichtern.

Nicht nur für Wohlhabende

“Wir haben das als wissenschaftliche Herausforderung gesehen und einen Ansatz gefunden, an den vor uns niemand gedacht hatte. Unsere Methode liefert verlässlichere Ergebnisse als andere Verfahren, das ist inzwischen in klinischen Tests bewiesen worden. Mittlerweile ist unsere Methode auch patentiert”, sagt Pereverzyev. Bevor die Mathematiker/innen sich des Problems angenommen haben, war die Standardmethode eine aufwendige, ständige Überwachung des Blutzuckerspiegels. Sensoren haben dabei alle fünf bis zehn Minuten eine Messung vorgenommen. Auf dieser Basis wurde die Entwicklung des Blutzuckerwertes dann prognostiziert. Diese Methode war sehr teuer und deshalb in wirtschaftlich schwächeren Regionen nicht immer umsetzbar.

Mit unserer Methode können wir auf Basis von vier bis sechs Bluttropfenmessungen am Tag gefährlichen und potenziell tödlichen nächtlichen Unterzucker sehr präzise vorhersagen.

“Mit unserer Methode können wir auf Basis von vier bis sechs Bluttropfenmessungen am Tag gefährlichen und potenziell tödlichen nächtlichen Unterzucker sehr präzise vorhersagen. Das ist weitaus günstiger und kann deshalb überall angewendet werden. Unser Algorithmus funktioniert auf jedem Smartphone. Damit können wir Leben retten”, so ÖAW-Forscher Pereverzyev. Die grundlegende Idee, mit der die Blutzuckerwertprognose verbessert werden konnte, ist, alle verfügbaren Ansätze zu verwenden.

Verbesserte Prognose

"Ärztinnen und Ärzte haben beispielsweise oft Messungen vor dem Schlafengehen empfohlen. Wenn der Blutzucker unter einem Schwellenwert lag, wurden dann Maßnahmen gesetzt. Unsere Algorithmen haben auf Basis von bestehenden Patientendaten gelernt, optimale Prognosen zu erstellen. Das Geheimnis ist, dass wir alle verschiedenen Empfehlungen, die Mediziner/innen in der Vergangenheit genutzt haben, auf Basis der Daten gewichten und berücksichtigen. Die Algorithmen stellen so den Konsens her, der die besten Ergebnisse bringt”, sagt Pereverzyev.

Unsere Algorithmen haben auf Basis von bestehenden Patientendaten gelernt, optimale Prognosen zu erstellen.

Die Vorhersagen dieses Algorithmus sind dabei immer besser als bei früheren Methoden. Die Ergebnisse der ÖAW-Mathematiker/innen sind inzwischen in verschiedenen Fachzeitschrifen veröffentlicht worden. Sergei Pereverzyev: “Die zugrundeliegende Mathematik kann auch in anderen Bereichen angewendet werden. Derzeit untersuchen wir zum Beispiel industrielle Anwendungen in der Informationssicherheit.”

 

AUF EINEN BLICK

Sergei Pereverzyev stammt aus Dnipropetrovsk in der Ukraine und habilitierte sich in Moskau im Fach Mathematik. Nach Forschungsaufenthalten in der Ukraine, China und Deutschland wechselte er 2003 an das Johann Radon Institute for Computational and Applied Mathematics der ÖAW in Linz, wo er Senior Fellow in der Forschungsgruppe „Inverse Probleme and mathematische Bildgebung“ ist.

 


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