Bauchspeicheldrüsenkrebs: Mehr Lebensqualität durch KI-basiertes Monitoring und Interventionsplanung

Zur Verbesserung der Palliativversorgung und der Lebensqualität von Patienten mit fortgeschrittenem Bauchspeicheldrüsenkrebs soll das EU-Projekt RELEVIUM beitragen – mit digitalen Tools und eine von Künstlicher Intelligenz (KI) unterstützte multimodale Intervention.

Mit Methoden der erklärbaren Künstlichen Intelligenz (XAI) tragen Forschende am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM als einer der RELEVIUM-Partner dazu bei, personalisierte Behandlungspläne umzusetzen und das Wohlbefinden und Selbstmanagement von Betroffenen zu stärken.

Laut der Fraunhofer-Gesellschaft bieten digitale Lösungen große Chancen, die Palliativ- und Supportivversorgung in der Onkologie zu verbessern und die Einschränkungen der reinen Präsenzversorgung zu überwinden. RELEVIUM setzt an dieser Stelle an und adressiert Handlungsbedarfe für Supportivtherapien mit innovativen KI-basierten Technologielösungen. Die Projektpartner gehen davon aus, dass ein personalisierter Ansatz, bei dem maßgeschneiderte Ernährungspläne, körperliche Aktivität und Schmerzbehandlungsstrategien mit einer Chemotherapie kombiniert werden, die Lebensqualität der Betroffenen erheblich verbessern kann.

Das interdisziplinäre Projektkonsortium arbeitet laut der Fraunhofer-Gesellschaft an digitalen Lösungen für eine gezielte Interventionsplanung, ein eigenständiges Selbstmanagement, personalisierte Behandlungspläne und optimierte Kommunikationslösungen für das Fachpersonal und die Erkrankten.

KI-Algorithmen für die personalisierte Sporttherapie

Ärzte benötigen für die Planung von Supportivtherapien umfassende Daten zum Gesundheitszustand und -empfinden der Erkrankten. Für eine einfache und weitgehend automatische Datenerhebung erhalten Patienten, die ambulant versorgt werden, mit Sensoren ausgestattete Smartwatches und Zugang zu einer Smartphone-App. Mit den Devices werden das Schmerzempfinden und die Ernährung der Patienten überwacht sowie Daten zur körperlichen Aktivität erhoben.

Auf dieser Basis liefern im Projekt entwickelte Algorithmen dem ärztlichen Fachpersonal Vorschläge für die individuelle Intervention. Die maßgeschneiderten Behandlungspläne werden den Patienten anschließend in der mobilen App angezeigt und absolvierte Trainingseinheiten mit Wearables aufgezeichnet.

Ein wichtiger Baustein des ganzheitlichen Therapieansatzes ist die Sporttherapie: Mit KI-Modellen, die wissensbasierte Algorithmen und Verfahren der XAI nutzen, steuern die Forschenden des Fraunhofer ITWM verlaufsbasiert die körperlichen Aktivitäten wie Ausdauer- und Krafttraining. Die Trainingsvorschläge werden dabei kontinuierlich durch die Sportmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz überwacht. Die Algorithmen sammeln das Feedback aus verschiedenen Trainingseinheiten, sodass sich die folgenden Workouts individuell und automatisiert an die Patienten anpassen lassen.

„Bewegungsmaßnahmen können das körperliche Wohlbefinden entscheidend verbessern“, sagt Prof. Alexander Scherrer, Senior Consultant „Optimierung in den Life Sciences“ am Fraunhofer ITWM. „Betroffene berichten durch regelmäßige, angepasste Aktivität von mehr Kraft im Alltag, weniger Erschöpfung und einer deutlich höheren Lebensqualität.“ Die Nachsteuerung beziehungsweise die Adaption der Sporttrainingspläne durch KI-Modelle lasse sich auch auf die Ernährung sowie das Schmerz- und Stressmanagement übertragen. Jahrelang habe sich die medizinische Behandlung auf die Therapie konzentriert. Heute rücken die Versorgung und die Zufriedenheit von Patienten immer stärker in den Fokus.

KI-basiertes Monitoring und Interventionsplanung

Aus den gesammelten Daten leiten die Projektpartner Modelle ab, die es ermöglichen, den Krankheitsverlauf vorherzusagen und mögliche Verbesserungen durch Lebensstiländerungen zu identifizieren. Dieser datenbasierte Ansatz hilft, die zugrunde liegenden Faktoren zu verstehen, die den Gesundheitszustand beeinflussen. „Die Daten dienen als wertvoller Input sowohl für die Entwicklung medizinischer Modelle als auch für die Gestaltung effektiver Interventionen“, erklärt Dr. Jonas Flechsig, Wissenschaftler am Fraunhofer ITWM. „Verfahren der erklärbaren Künstlichen Intelligenz helfen, die zugrundeliegenden Faktoren zu verstehen, die den Gesundheitszustand beeinflussen.“

Die auf einem Dashboard zusammengefassten Informationen unterstützen sowohl Erkrankte als auch Ärzte bei einem verbesserten Krankheitsmanagement und fundierten Behandlungsentscheidungen. „Die Daten werden analysiert und in aussagekräftige Indikatoren zum Zustand der Betroffenen umgewandelt, die auf dem Dashboard angezeigt werden“, so Scherrer. „Die Datenanalyse hilft, um Kausalmodelle für die Abschätzung des zukünftigen Krankheitsverlaufs abzuleiten und frühzeitig vor einer Verschlechterung der Lebensqualität der Erkrankten zu warnen. Entscheidend ist die Nachvollziehbarkeit der Analyseresultate sowie ihrer ethisch konformen Nutzung zur Interventionsplanung.“ Es müsse außerdem betont werden, dass die digitalen Tools und Assistenzsysteme nur zur Entscheidungsunterstützung dienen ‒ die abzuleitenden Maßnahmen oblägen den Gesundheitsexperten.

Verbesserung der Lebensqualität durch personalisierte, KI-gestützte digitale Begleitung?

Die Wirksamkeit der KI-gestützten Komponenten wird in einer multizentrischen, randomisierten klinischen Studie mit rund 50 Probanden untersucht werden. Körperliche Aktivität, Ernährung und Schmerzmanagement werden alle ein bis zwei Wochen angepasst, basierend auf den Daten, die über die Smartwatches und die mobile App aus der Ferne erfasst werden.

Mithilfe der Studie soll die Wirksamkeit der vorgeschlagenen personalisierten Behandlungspläne für Patienten mit fortgeschrittenem Bauchspeicheldrüsenkrebs in Bezug auf ihre Lebensqualität bewertet werden. Untersucht wird unter anderem die Kostenwirksamkeit der Intervention, ihr Potenzial zur Erhöhung der gesundheitlichen Chancengleichheit und zur Linderung der Stressbelastung für die Familien der Betroffenen in verschiedenen europäischen Ländern.

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