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StartseiteForschung aktuellDer menschliche Körper in 3D 30.07.2019

KI in der MedizinDer menschliche Körper in 3D

3D-Modelle, die den menschlichen Körper möglichst originalgetreu nachbilden: Solche Phantome sollen dabei helfen, die Strahlung in der Krebstherapie präziser zu berechnen, um individueller dosieren und die Belastung verringern zu können. Doch nicht nur Krebspatienten profitieren vom Computerkörper.

Von Hellmuth Nordwig

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Das 3D-Modell der Wirbelsäule einer Frau. (imago /Chromorange)
Mittlerweile lässt sich nicht nur der menschliche Körper dreidimensional am Rechner darstellen, auch Bewegungen und Herzschlag lassen sich simulieren (imago /Chromorange)
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Computermodelle des menschlichen Körpers, auch Phantome genannt, sind vor allem für eine Anwendung wichtig, sagt Maria Zankl. Sie ist Mathematikerin am Münchner Helmholtz-Zentrum. 

"In der Strahlentherapie, wo man sehr hohe Dosen applizieren muss, um einen Tumor abzutöten - da muss wirklich viel Strahlung rein: Da ist es sehr wichtig, dass man die Anatomie des Patienten sehr individuell berücksichtigt, damit man genau für ihn eine gute Therapieplanung macht. Zum einen muss der Tumor eine bestimmte Dosis erreichen, aber es werden auch die ganzen strahlensensiblen Organe, die in der Nähe sind, sehr genau kontrolliert. Und dann werden komplexe Pläne berechnet, damit die möglichst wenig Dosis erreichen." 

Direkt messen können Ärzte das nicht, weil sie im Körper keine Strahlungsmessgeräte anbringen können. Deshalb simulieren sie, wie radioaktive Strahlung die einzelnen Gewebearten durchdringt. Und berechnen dann, wo man die Strahlenquelle am besten platziert, um den Tumor zu treffen - und wie man sie zum Beispiel abschirmen muss, um das Nachbargewebe zu schonen.

Dazu braucht es ein möglichst genaues anatomisches Computermodell. In den 1960er-Jahren begnügten sich Forscher noch mit einer virtuellen androgynen Durchschnittsperson. Doch seit den 80ern arbeiten sie mit individuellen Patientendaten, die meistens aus der Computertomografie stammen.

"Da hat man zum Beispiel ein CT des Bereichs des Patienten, den man bestrahlen wird. Und dann werden von einem Arzt schichtweise die Konturen der Organe bestimmt. Und dann weiß man eben: Welches Organ ist wo genau in meinem dreidimensionalen Datensatz? Wo ist der Tumor, wo muss die Dosis hin? Damit wirklich die Dosis in den Tumor kommt und möglichst wenig außenherum."

Chinesen in Sachen menschliche Phantome auf dem Vormarsch

Forscher versuchen inzwischen, die Computertomografien nicht mehr händisch durch Ärzte begutachten zu lassen, sondern Rechner darauf zu trainieren, wo zum Beispiel die Leber endet und die Bauchspeicheldrüse beginnt. Dieses maschinelle Lernen soll in einigen Fällen inzwischen so gute Ergebnisse wie Mediziner liefern, aber schneller sein, berichtete der Wissenschaftler George Xu aus China, der in den USA arbeitet. Auch sonst widmen sich vor allem chinesische Forscher diesem Thema. In München waren sie auffallend zahlreich vertreten, bestätigt Maria Zankl:

"Die sind überhaupt in vielen Technologien auf dem Vormarsch, gerade auch was Künstliche Intelligenz angeht. Und Künstliche Intelligenz ist gerade hier ein sehr nützliches Instrument, um da voranzukommen." 

Phantome nicht nur in der Krebstherapie sinnvoll

Die neuesten Phantome berücksichtigen zudem, dass der Körper nichts Starres ist. Sie simulieren die Bewegung von Herzschlag und Atmung gleich mit - wichtig etwa für eine möglichst nebenwirkungsarme Strahlenbehandlung bei Lungenkrebs. Die immer ausgefeilteren Computermodelle menschlicher Körper werden aber nicht nur zur Therapieplanung genutzt. Der Strahlenschutz am Arbeitsplatz kann ebenso optimiert werden wie Diagnoseverfahren. Beispiel Mammografie.

"Das fand ich sehr spannend, dass man mit sehr detaillierten Phantomen die Detektion von Tumoren simuliert. Da ist dann kein Patient dahinter, aber man versucht so herauszufinden, an welchen Stellschrauben man drehen müsste, um optimale Diagnostik machen zu können." 

Die Entwicklung von Phantomen  ist medizinische Forschung nur am Computer. Aber ihre Ergebnisse kommen letztlich allen Patienten zugute.

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