Dimensionsreduktion in Simulationsmodellen für die KI-getriebene Analyse von 3D-Sphäroiden zur Optimierung von Strahlentherapie in der Tumorbehandlung [Verbundprojekt Forzug II]
Projekt
Überblick
Beschreibung
In diesem Projekt wird mit Hilfe von mathematischer Modellierung die 3D-Tumordynamik in Sphäroiden simuliert, so dass experimentell nicht zugängliche Größen abgeschätzt und Vorhersagen zum Erfolg und zur Optimierung einer Strahlentherapie getroffen werden können. Basis der Simulation ist ein zellulärer Automat, weil er die räumliche Komposition einer 3D-Struktur effektiv auf zellulärer Ebene abbildenden kann, die raum-zeitlichen Wechselwirkungen zwischen den Zellen regelbasiert beschreiben kann und verhältnismäßig einfach zu implementieren ist. Ziel ist es dabei, die Modellparameter so zu wählen, dass der zelluläre Automat vorhandene experimentelle Daten in verschiedenen Szenarien genau beschreibt. Jedoch sind Simulationen eines solchen 3D-zellulären Automaten meist sehr rechenaufwändig und damit ist die Kalibrierung schwierig und aufwändig. Der innovative Ansatz dieses Projektes ist es, die aus den experimentellen Daten ersichtliche radialsymmetrische Struktur des Tumors zu nutzen, um zunächst ein vereinfachtes 1D-Differentialgleichungsmodell für die radiale Richtung zu entwickeln. Dieses dimensionsreduzierte Modell kann dann sowohl theoretisch analysiert als auch deutlich performanter simuliert werden, so dass die auftretenden Parameter effizient an die vorliegenden experimentellen Daten angepasst w
