BMBF-Projekt: Ein integriertes Herzmodell
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Verbundprojekt 05M2016 Ein integriertes Herz-Modell - Kopplung von Elektrophysiologie, Elastomechanik, Fluss und Kreislauf Förderkennzeichen: 05M16VKA |
Dieses Projekt wird als ausgewählter Schwerpunkt der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung auf dem Gebiet Mathematik für Innovationen in Industrie und Dienstleistungen gefördert.
Aktuelles
Im April 2019 findet ein Workshop des Projektes (Cardiac Modelling) in Bad Herrenalb statt. Nähere Informationen finden Sie hier.
| Besuch der Projektteilnehmer in der Medizinischen Klinik IV des Städtischen Klinikums Karlsruhe mit dem Schwerpunkt Kardiologie unter Leitung von Prof. Dr. med Claus Schmitt am 03.05.2018. |
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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. |
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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 |
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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 Im Neuenheimer Feld 205, 69120 Heidelberg http://emcl.iwr.uni-heidelberg.de |
Bezüge der Partner im Projekt:
