KOLLOQUIUM PHYSIK Thema Vortragender Kosten und Nutzen balancieren: Entscheidungsunterstützung angefangen vom Handykauf bis hin zur Strahlentherapie Dr. rer. nat. Michael Bortz Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Kaiserslautern Ort Zeit Im Auftrag der Dozenten der Fakultät Physik Der Dekan Einladender: Prof. Dr. Joachim Stolze Hörsaalgebäude II Hörsaal 2 Dienstag, den 8. November 2016 16:30 Uhr Kolloquiums-Kaffee ab 16:00 Uhr im Raum P2-E0-414 (Alle sind herzlich eingeladen) Kosten und Nutzen balancieren: Entscheidungsunterstützung angefangen vom Handykauf bis hin zur Strahlentherapie Dr rer. nat. Michael Bortz Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Kaiserslautern (Preis des Stifterverbands für die Deutsche Wissenschaft 2016) Die richtige Balance zwischen Kosten und Nutzen ist der Kern von Entscheidungsprozessen. Bei der Verfügbarkeit von Modellen und/oder Daten hat sich dafür das Konzept von besten Kompromissen – Pareto-Lösungen - als sehr hilfreich erwiesen. Dies wird am Beispiel eines fiktiven Handykaufs deutlich gemacht. Deutlich komplexer ist die Planungsaufgabe der Intensitätsmodulierten Radiotherapie (IMRT): Sie besteht darin, die Strahlgänge des einfallenden Röntgenstrahls in Abhängigkeit von der Einstrahlrichtung in ihrer Intensität so zu modulieren, dass in der Gesamtsumme die Dosis im Zielvolumen so hoch ist, dass der Tumor zerstört wird, und gleichzeitig die Risikoorgane möglichst geschont werden. Ein idealer Kompromiss zwischen diesen Zielen ist aufgrund der Patientengeometrie unmöglich. Umso wichtiger ist es, die Kompromisse, die getroffen werden müssen, bestmöglich zu gestalten und in eine gute Balance zu bringen. Es wird ein Überblick darüber gegeben, wie am Fraunhofer ITWM diese mehrkriterielle Optimierungsaufgabe mittels adaptiver Skalarisierungsstrategien so gelöst wurde, dass zu einer a priori vorgegebenen Approximationsgenauigkeit der kontinuierlichen Paretogrenze möglichst wenige Optimierungsläufe durchgeführt werden müssen. Die Ergebnisse dieser Läufe, die Paretopunkte, stehen dann für eine echtzeitfähige, interaktive Navigation zur Verfügung. Mittels Selektions- und Restriktionsmechanismen kann der Planer die gegenläufigen Ziele schnell und zuverlässig in eine bestmögliche Balance bringen. Repräsentative Studien zeigen, dass das Erstellen von IMRT-Plänen in diesem Zugang erheblich schneller zu besseren Ergebnissen führt; es wird zur Zeit weltweit in Kliniken ausgerollt. Der Vortrag endet mit einem weiteren Beispiel für die Anwendung dieses Verfahrens, bei dem es um das verfahrentstechnische Design von chemischen Produktionsanlagen geht.
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