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07. Juni 2020

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Mathematik gegen Coronavirus

Mathematik gegen Coronavirus© pexels.com/Skitterphoto

China hat Coronavirus mittlerweile im Griff, andere Länder noch nicht und Österreich verstärkt Schutzmechanismen mit von TU-Wien bereits erprobter Modellberechnung zur Ressourcenplanung der Gesundheitssysteme.

(red/czaak) Das Corona-Virus COVID-19 hält die Welt weiterhin in Atem. Während in China die Neuinfektionen stark zurück gehen, steht mittlerweile ganz Italien unter Quarantäne. Österreichs Behörden agieren tagesaktuell und mit entsprechendem Augenmaß. Im Zentrum steht die Verantwortung des Individuums und der Schutz insbesondere von älteren Personen über die bewusste Handhabung sozialer Kontakte. Der Fokus der generellen Entwicklung richtet sich an die Zahl der Infizierten und an die entsprechend belasteten Gesundheitssysteme. Wenn etwa Plätze auf der Intensivstation fehlen oder zu wenige Beatmungsgeräte zur Verfügung stehen, dann können auch Menschen sterben, die eigentlich geheilt werden könnten.

Die Wirksamkeit unterschiedlicher Strategien
An der TU Wien wird seit über zehn Jahren an Computermodellen geforscht, mit denen man nun das Gesundheitssystem bei der Planung von Maßnahmen unterstützt. Im Rahmen der über die COMET-Förderprogrammlinie gestarteten Forschungsplattform „DEXHELPP“ arbeiten die TU Wien, das Modellierungs- und Simulations-Unternehmen dwh (Anm. Spin-off der TU Wien) und weitere IT- und Gesundheitspartner seit längeren zusammen, um Simulationen über die Ausbreitung von Erkrankungen zu entwickeln.

Mittlerweile steht nun ein verlässliches, gut validiertes und Österreich-spezifisches Computermodell zur Verfügung, mit dem unterschiedliche Strategien auf ihre Wirksamkeit getestet werden können. Das Forschungsteam betont, dass Österreichs Gesundheitssystem widerstandsfähiger ist als etwa das in Italien. Vorsicht ist trotzdem geboten: Laut TU-Wien zeigen die Computermodelle klar, dass die empfohlenen Schutzmaßnahmen die Anzahl der COVID19-Todesfälle deutlich reduzieren können.

Flacher Anstieg und niedrige Spitze als Zielsetzung
„Wie viele Menschen an COVID19 erkranken werden, ist nicht vorauszusagen. Wichtig ist, den Verlauf der Epidemie zu verlangsamen, damit nicht zu viele Menschen gleichzeitig intensive Betreuung brauchen“, erklärt Niki Popper vom Institut für Information Systems Engineering der TU Wien. „Das Ziel ist ein möglichst flacher Verlauf mit einem möglichst niedrigen Spitzenwert, bevor die Zahlen dann wieder zurückgehen. Bei einer milderen Epidemie, die länger dauert, sterben meist deutlich weniger Menschen als bei einem heftigen Ausbruch, der rascher wieder vorbei ist“, erläutert der TU-Experte.

Popper wiederholt Empfehlungen, wie auf Hygiene zu achten und auf unnötige Kontakte zu verzichten, besonders wenn man zur Risikogruppe gehört. „Wenn man die Anzahl der Kontakte nur um 25 Prozent reduziert, sinkt die Höhe des Gefahrenpotentials (Anm. Peaks) auf 58 Prozent ab, werden sie um 50 Prozent reduziert, sinken die Peaks auf unter 30 Prozent“, berichtet Martin Bicher, der das Modell mit aufgebaut hat. Kontakt ist jedoch nicht gleich Kontakt: Das Computermodell kann auch für unterschiedliche Menschen unterschiedliche Kontaktnetzwerke berechnen. Werden etwa Hochrisikopatienten oder Einsatzkräfte besonders gut geschützt, nützt das auch besonders viel.

Simulationen auf Basis zahlreicher Daten
Die letztaktuellen Simulationsergebnisse zeigen, dass sich der Peak der Krankheit dadurch sogar noch stärker reduzieren lässt.
Gerade Menschen, die Kontakt zu Hochrisikopersonen haben, etwa pflegende Angehörige, sollten so weit wie möglich aus dem System genommen werden und auf risikoreiche Kontakte verzichten. Inwieweit Veranstaltungen abgesagt werden, ist momentan noch schwer zu sagen. „Wir rechnen derzeit und erwarten noch diese Woche erste Ergebnisse. Risikopersonen sollten Großveranstaltungen eher meiden“, so Popper.

Die Computermodelle, mit denen nun verschiedene COVID19-Ausbreitungsszenarien berechnet werden, sind agentenbasiert. Dabei werden in den Simulationen einzelne virtuelle Personen abgebildet, die sich nach bestimmten Mustern verhalten und Kontakte haben. Basis sind Daten der Statistik Austria. Topographische Faktoren, wie etwa die Seehöhe, spielen ebenso eine Rolle und auch die von Region zu Region unterschiedliche Mobilität wird im Modell ebenso berücksichtigt. Wichtig ist auch, die Gesundheitsinfrastruktur korrekt abzubilden: Wo gibt es welche Krankenhauskapazitäten? Wie viele Quarantäne-Betten können wo zur Verfügung gestellt werden?

Fahren auf Sicht
Das Modell wird zudem laufend mit neuen Erkenntnissen über COVID-19 gefüttert und damit lassen sich tagesaktuell Parameter wie Ansteckungswahrscheinlichkeit oder Inkubationszeit besser einschätzen. „Wenn das medizinische Wissen zuverlässiger wird, werden damit auch unsere Prognosen aussagekräftiger“, so Niki Popper weiter. „Es ist wie Fahren auf Sicht auf einer nebeligen Straße: Mit unseren Modellen können wir ein Stück in die Zukunft sehen und verstehen welche Maßnahmen welche Auswirkungen haben würden – aber natürlich nicht beliebig weit.“

Generell sollen derartige Modelberechnungen bei schwierigen politischen Entscheidungen helfen, zum Beispiel bei Entscheidungen, welche Veranstaltungen sollen abgesagt werden oder welche Schulen geschlossen werden. „Man muss immer eine vernünftige Balance finden zwischen dem Nutzen, den man generiert, und den Nachteilen, die das mit sich bringt“, sagt Popper. „Genau dabei helfen unsere Simulationsmodelle.“

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red/czaak, Economy Ausgabe Webartikel, 13.03.2020