Project IPI - Individuelle Patientenmodelle in der Intensivmedizin

Die Digitalisierung der Medizin sowie die dynamische Entwicklung von mathematischen Datenanalyseverfahren und aktuelle Rechenkapazitäten ermöglichen neue Möglichkeit der Beurteilung der individuellen Patientenentwicklung. Insbesondere im Umfeld der Intensivstation bietet sich die Chance, neue mathematische Verfahren zur Unterstützung des klinischen Alltags zu entwickeln und zu testen. Das Forschungsvorhaben „Individuelle Patientenmodelle in der Intensivmedizin“ (IPI) zielt hierbei auf die Weiterentwicklung intensivmedizinisch relevanter mathematischer Modelle von krankhaft veränderten Körperfunktionen des menschlichen Organismus, der sogenannten Pathophysiologie.

Ein zentraler Aspekt der intensivmedizinischen Behandlung ist die Aufrechterhaltung eines adäquaten Blutflusses, um eine ausreichende Durchblutung der Organe zu gewährleisten und somit Organfunktionsstörungen zu vermeiden bzw. zu minimieren. Hierzu wird eine möglichst zielgerichtete Therapie patientenindividuell gestaltet und kontinuierlich an die individuelle Patientenentwicklung angepasst.

Hieraus leitet sich das Ziel des Vorhabens IPI ab: die Entwicklung von effizienten Methoden zum Lernen patientenindividuell angepasster Modelle des Herz-Kreislauf-Systems unter Berücksichtigung möglichst aller relevanten Quellen der Unsicherheit bei Modellkalibrierung und -anwendung. Bisher in der medizinischen Literatur verwendete Verfahren sind oft zu langsam und zu aufwändig in der Anpassung an individuelle Problemstellungen, um Nutzungsszenarien in der Klinik zu ermöglichen.

Ein erstes Anwendungsziel, welches mittels eines individualisierten Patientenmodells erreicht werden kann, ist die Anomalieerkennung, d.h. zu erkennen, ob die stetig gemessenen Patientendaten vom gelernten Zustandsmodell abweichen. Auf Basis robuster Anomalieerkennung können zukünftig entsprechende Signale an das klinische Personal gegeben werden.

Das Vorhaben hat zudem eine Schnittstellenfunktion zwischen medizinischer Anwendungsdomäne mit ihren Modellierungs- und Daten-bezogenen Aspekten und mathematischen Forschungsarbeiten. Um die Praxisrelevanz der in IPI entwickelten Verfahren sicherzustellen und die medizinischen Daten für die Mathematik-Community zu erschließen, ist eine regelmäßige, agile Anwendung auf und Integration mit realen Patientendatenströmen geplant.

Im Forschungsvorhaben IPI arbeiten mathematische Arbeitsgruppen der Universität Bonn, der TU Berlin und der TU Freiberg mit dem Universitätsklinikum Bonn zusammen.

Projektpartner

Industriepartner

IPI wird im Rahmen des Programms »Mathematik für Innovationen« vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) unter der Projektkennziffer 05M26PDA gefördert.