Mathematik für sichere Medizin

Die Naturwissenschaften erzeugen immer größere und komplexere Datensätze: durch feinere Sensortechnologie und Computersimulationen. Aber kann ein Forscher sicher sein, dass die Erkenntnisse, die er aus seiner Computersimulation gewonnen hat, zuverlässig und akkurat genug sind – selbst wenn Aspekte des betrachteten Systems als ungewiss gelten?

Die neue Forschungsgruppe „Data Mining and Uncertainty Quantification“ am Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) will dieser Frage auf den Grund gehen.

Unter der Leitung von Prof. Vincent Heuveline befassen sich sechs Wissenschaftler mit der Analyse großer Datensätze und der Berechnung von Unsicherheiten in technischen Systemen. Dabei setzen sie auf modernste Techniken des High Performance Computing und Cloud Computing.

„Die heutige Rechnerleistung ermöglicht es uns, die Qualität einer Berechnung zu ermitteln, indem wir auch das Unerwartete, den Zufall, mit einbeziehen“, sagt Gruppenleiter Vincent Heuveline, der Professor an der Universität Heidelberg ist. „Die philosophische Frage: ´Was ist sicher?´ kann dadurch mit Mitteln der Mathematik neu gestellt werden.“

Als zentrales Anwendungsgebiet hat sich die Forschungsgruppe dabei den Operationssaal ausgesucht. „Der OP-Saal ist heute wie ein Cockpit ausgestattet, mit zahlreichen technischen Instrumenten“, erläutert Heuveline. Diese Instrumente produzieren permanent Daten, damit der Operateur den aktuellen Zustand des Patienten und den Status der Geräte kennt. „Chirurgen müssen sich auf ihre Instrumente verlassen können wie Piloten“, so Heuveline. „Dabei wollen wir sie unterstützen.“ Die HITS-Forscher analysieren die technischen Systeme, simulieren Operationsabläufe einschließlich der Auswirkungen für den menschlichen Körper, und berechnen dabei auch die Fehlerwahrscheinlichkeit der Simulationen. „Die Ergebnisse unserer Berechnungen werden in die IT-Infrastruktur des Operationssaals einfließen und die Systeme noch verlässlicher machen.“

Ihre enge Verbundenheit zur Universität Heidelberg dokumentiert die Forschungsgruppe auch in organisatorischer Hinsicht. Denn neben seiner Professur steht Vincent Heuveline auch dem Universitätsrechenzentrum als Direktor vor, wo er mit 85 Mitarbeitern die IT-Infrastruktur der ältesten deutschen Universität verantwortet, vom E-Mail-Konto bis zum Hochleistungsrechner. Außerdem leitet der gebürtige Franzose eine Forschungsgruppe an der Universität, das „Engineering Mathematics and Computing Lab“ (EMCL) am Interdisziplinären Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (IWR).

Vincent Heuveline (Jahrgang 1968) studierte Mathematik, Informatik und Physik an den Universitäten Caen (Frankreich) und Würzburg. Er promovierte 1997 in Informatik an der Université de Rennes und habilitierte sich in Mathematik an der Universität Heidelberg im Jahr 2002. Seit 2004 war er Professor an der Universität Karlsruhe (KIT), bis er im Mai 2013 nach Heidelberg wechselte.

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