- Eine Professorin der Duke University hat für ihre Arbeit mit Algorithmen den ACM-Preis für Informatik gewonnen.
- Amanda Randles erstellt virtuelle Simulationen, die Daten von tragbaren Geräten der Patienten einbeziehen.
- Randles versucht auch, die Medizin personalisierter zu gestalten, indem er lernt, wie sich Krebszellen bewegen.
Amanda Randles prägt mit ihrer preisgekrönten Forschung die Zukunft der Medizin.
In nicht allzu langer Zeit stellt sich Randles eine Welt vor, in der Ihre Smartwatch oder ein ähnliches Gerät ständig Daten in eine virtuelle Simulation Ihres gesamten Körpers einspeist und es Ärzten so ermöglicht, Ihre Gesundheit auf individueller Ebene genau zu überwachen, anders als alles, was wir heute haben.
„Die langfristige Vision besteht im Wesentlichen darin, Ihren virtuellen Menschen, Ihren digitalen Zwilling, aufzubauen“, sagte Randles gegenüber Business Insider.
Zu diesem Zweck verbringt Randles, Professorin für biomedizinische Wissenschaften an der Pratt School of Engineering der Duke University, ihre Zeit damit, einige dieser virtuellen Simulationen zu erstellen.
Ihr besonderer Schwerpunkt liegt auf der Simulation des Blutflusses und der Zellbewegung im gesamten Körper. Ihre Arbeit vor kurzem gewann ihr den mit 250.000 US-Dollar dotierten Computing-Preis der Association for Computing Machinery.
„Ihre innovativen Techniken werden nicht nur unser Verständnis von Krankheiten vertiefen, sondern auch eine neue Ära der biomedizinischen Simulation einläuten“, Salil Parekh, CEO von Infosys, das die Auszeichnung finanziert, sagte in einer Erklärung.
Nutzen Sie Ihre Apple Watch-Daten
Heutige Standardfitness Wearables können den Herzschlag einer Person im Alltag verfolgen. Wenn sie jedoch auch Veränderungen des Blutflusses in Echtzeit verfolgen könnten, könnte dies den Ärzten helfen, von einer „reaktiven zu einer proaktiven Pflege“ überzugehen, sagte Randles.
Mit anderen Worten: Es könnte Ärzten helfen, Anzeichen potenziell tödlicher Erkrankungen wie Herzerkrankungen viel früher zu erkennen, was zu einer besseren Behandlung führen könnte. Herzkrankheiten sind die häufigste Todesursache in den USA und verursachen jedes Jahr einen von fünf Todesfällen.
Auch wenn Datenschutzbedenken bestehen, wäre ein virtueller Zwilling, der Ihre Gesundheit täglich verfolgt, für das Gesundheitswesen revolutionär. Eine der Hürden für Leute wie Randles ist jedoch die Datenüberflutung.
Da Ihr Herz 100.000 Mal am Tag schlägt, ist das eine enorme Datenmenge. Randles und ihr Team arbeiten daran, Momentaufnahmen zu machen und diese auf größere Szenarien anzuwenden.
Wenn Sie beispielsweise eine Woche lang jeden Morgen ein paar Stunden am Computer sitzen, muss das Modell möglicherweise nicht jede Sekunde einbeziehen.
Sobald Sie diese personalisierte Basislinie haben, „müssen wir Möglichkeiten zur Kalibrierung haben, wenn Sie aus der Bahn geraten sind und sie nicht mehr passt“, sagte Randles.
Das Modell könnte erkennen, ob sich beispielsweise Plaque im Herzen bildet.
Während sie hofft, dass normale Wearables ausreichend gute Daten für das Modell liefern werden, sagte Randles, dass einige Patienten mit Herzerkrankungen möglicherweise medizinische Geräte benötigen.
Solche tragbaren Blutkarten könnten in Sicht sein, sagte Randles. „Es ist nicht mehr Jahrzehnte entfernt“, sagte sie. „Ich denke, wir werden es in den nächsten fünf bis sieben Jahren sehen.“
Derzeit ist das Kreislaufsystem nur ein Teil des gesamten menschlichen Körpers, und Randles ist daran interessiert, das Gehirn und andere Systeme in das Konzept eines virtuellen Zwillings einzubeziehen. Diese Technologie sei noch mindestens ein Jahrzehnt entfernt, sagte sie.
Inzwischen helfen Randles‘ Simulationen Ärzten bereits auf andere Weise.
Eine personalisierte 3D-Karte Ihres Kreislaufsystems
Mithilfe der Simulationen von Randles können Ärzte auf nichtinvasive Weise feststellen, wann ein Patient einen Stent benötigt, um die Durchblutung seines Herzens zu verbessern. Die traditionelle Methode besteht darin, einen Führungsdraht in die Koronararterie einzuführen, um den Druck zu messen.
„Mithilfe der virtuellen Modelle müssen wir den Führungsdraht nicht in den Patienten einführen“, sagte Randles.
Randles arbeitet daran, Ärzten die Möglichkeit zu geben, verschiedene Behandlungsoptionen, wie etwa die Platzierung des Stents, virtuell auszuprobieren, um zu sehen, welche für den Patienten am besten geeignet ist, bevor sie in den Operationssaal gehen.
Im Moment ist dafür viel Rechenleistung erforderlich, daher integriert ihr Labor maschinelles Lernen, um den Prozess zu beschleunigen.
Krebszellen aufspüren
Wenn Krebszellen durch den Blutkreislauf zirkulieren, können sie sich manchmal an einem anderen Teil des Körpers akklimatisieren und neue Tumore bilden, was als Metastasierung bezeichnet wird.
In einem anderen Teil ihrer Forschung untersucht Randles, wie sich eine Krebszelle bewegt. In ihren Simulationen verändert Randles verschiedene Parameter, etwa wie sich die Größe des Zellkerns auf seine Bewegung auswirkt.
Sobald genügend Daten über die Eigenschaften verschiedener Zellen und ihre Bewegung vorliegen, können Ärzte möglicherweise besser vorhersagen, wie und wo bestimmte Krebszellen metastasieren.
„Was hat es mit den Krebszellen auf sich, die die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass sie ins Gehirn oder in die Brust gelangen?“, sagte sie. „Wenn wir verstehen können, was es mit der Zelle auf sich hat, die sie in diese Richtung bewegt, kann das als Grundlage für Behandlungen dienen“, sagte sie.