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Arbeitsgruppe 3: Wissenschaftliches Rechnen

Sekretariat
Kollegiengebäude Mathematik (20.30)
Zimmer 3.039

Adresse
Hausadresse:
Zimmer 3.039
Englerstr. 2
Kollegiengebäude Mathematik (20.30)
76131 Karlsruhe

Postadresse:
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Fakultät für Mathematik
Institut für Angewandte und Numerische Mathematik
Arbeitsgruppe 3: Wissenschaftliches Rechnen
Englerstr. 2
Kollegiengebäude Mathematik (20.30)
D-76131 Karlsruhe

Öffnungszeiten:
Mo-Do 9-12 Uhr

Tel.: 0721 608 42062

Fax.: 0721 608 43197

BMBF-Projekt: Gesundes Leben

Projektbeschreibung:

Mathematische Modelle des Herzens erlauben eine quantitative Beschreibung von physiologischen und pathophysiologischen Zusammenhängen von Herz und Kreislauf und führen dabei Wissen aus empirischen Studien mit gesicherten physiologischen, chemischen, physikalischen und mathematischen Erkenntnissen zusammen. Sie sind personalisierbar, d. h. sie können auf den individuellen Patienten abgestimmt werden.

Mathematische Modelle des Herzens können die Diagnose von Herzerkrankungen
präzisieren, unterschiedliche Informationen wie z. B. EKG, Bilder und
genetische Daten können zusammengeführt werden, es können Therapieoptionen
am virtuellen Herzen erprobt werden und innovative Systeme der Medizintechnik
können am mathematischen Modell optimiert werden. Darüber hinaus spielen
mathematische Modelle des Herzens eine große Rolle in der kardiologischen
Grundlagenforschung.

In diesem Verbundvorhaben sollen aus Vorarbeiten der Projektpartner vorhandene
Modelle von Teilkomponenten des Herzens weiterentwickelt und zusammengeführt
werden. Bisher wurden die elektrophysiologischen Vorgänge, die
elastomechanische Kontraktion, die Simulation der Blutströmung und der
Kreislauf, der an das Herz gekoppelt ist, weitgehend getrennt modelliert. Nun
sollen die einzelnen mathematischen Modelle miteinander wechselwirken – wie im
realen Herzen.

Dabei stellen sich Fragen der geeigneten mathematischen Beschreibung der
Wechselwirkung von Elektrophysiologie, Elastomechanik, Fluss und Kreislauf. Es
müssen geeignete Algorithmen gefunden werden, welche die Wechselwirkung so
einfach wie möglich aber auch so genau wie nötig beschreiben. Dieser voll
gekoppelte Algorithmus ist dann die Basis für die Berücksichtigung von
Unsicherheiten im Modell (wie z. B. die ungenaue Kenntnis der Herzgeometrie und
der Materialparameter) sowie für Ansätze der optimalen Steuerung (wie z. B. die
verbesserte Stimulation durch Herzschrittmacher).

Konkrete Fragestellungen der Medizin erfordern naturgemäß die Anpassung an den
individuellen Patienten und die numerische Lösung der mathematischen
Gleichungen. Da der Arzt eine Antwort in wenigen Minuten erwartet, müssen
Formen der geeigneten Implementierung auf Parallel-Rechnern mit sehr vielen
Kernen bzw. auf GPUs gefunden werden. In diesem Projekt wird ein Beitrag dazu
geleistet, integrierte Modelle des Herzens zu entwickeln, sie möglichst gut
zu approximieren, sie in effiziente Algorithmen zu übersetzen und schließlich
für innovative Entwicklungen in der Medizintechnik und mithilfe geeigneter
Modellreduktion in der medizinischen Praxis einzusetzen.



Projektpartner:

Christian Wieners, Prof. Dr., Institutsleiter
Inst. für Angew. und Numer. Math. (IANM)
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Kaiserstr. 12, 76131 Karlsruhe
http://www.math.kit.edu/ianm/
Olaf Dössel, Prof. Dr., Institutsleiter
Institut für Biomedizinische Technik (IBT)
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Kaiserstr. 12, 76131 Karlsruhe
http://www.ibt.kit.edu
Bettina Frohnapfel, Prof. Dr.-Ing., Institutsleiterin
Institut für Strömungsmechanik (ISTM)
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Kaiserstr. 10, 76131 Karlsruhe
https://www.istm.kit.edu
Vincent Heuveline, Prof. Dr., Institutsleiter
Engineering Math. and Computing Lab (EMCL)
Interdisciplinary Center for Scientific Comp. (IWR)
Universität Heidelberg
Grabengasse 1, 69117 Heidelberg
http://emcl.iwr.uni-heidelberg.de



Bezüge der Partner im Projekt:




Informationen für die Projektpartner:

Das Git-Repository des Projektes finden die Projektpartner hier.