Modellierung der Herzhämodynamik mittels Fluid-Struktur-Kopplung und statistischen Formmodellen

Im ersten Förderzeitraum wurden wesentliche Grundlagen für die Entwicklung eines integrierten modellbasierten Ansatzes zur Untersuchung der kardiovaskulären Funktion gelegt. Dabei arbeiteten Kliniker und Ingenieure eng zusammen, um medizinische Daten zu identifizieren, Prozesse für die Bildaufnahme und -verarbeitung zu entwickeln und Modelle für die Simulation des Herz-Kreislauf-Systems zu erstellen. Es wurden modellbezogene Randbedingungen für die numerische Strömungssimulation (CFD) definiert, patientenspezifische und populationsbezogene Parameter für offene Lumped-Element-Modelle (LEM) abgeleitet sowie relevante Biomarker für die Diagnose kardiovaskulärer Erkrankungen identifiziert. Zudem wurden bildgestützte Strömungsmessungen mittels 4D-MRT und Doppler-Echokardiographie für Validierungszwecke ausgewählt. Für die klinische Anwendung wurde ein MRI-Protokoll etabliert, das eine routinemäßige Bildgebung ermöglicht.

Im Rahmen der Entwicklung eines LEM wurde das linke Herz mit einem offenen Kreislaufsystem detailliert abgebildet, das sowohl gesunde als auch kranke Zustände abdecken kann. Diese Modelle bieten eine solide Grundlage für die Simulation komplexer klinischer Szenarien. In der zweiten Projektphase sollen bestehende Modelle weiter verfeinert, personalisiert und gekoppelt werden, um eine zuverlässige individuelle Abbildung der Herzfunktion zu gewährleisten. Ziel ist es, eine umfassende, automatisierte Simulationsplattform zu entwickeln, die es ermöglicht, konkrete klinische Fragestellungen – wie post-operative Zustände oder Belastungstests – personalisiert zu simulieren und somit die Behandlung zu optimieren. Die enge Zusammenarbeit zwischen klinischer Praxis und Technik sowie die Nutzung verschiedener Bildmodalitäten gewährleisten eine hohe klinische Relevanz und Übertragbarkeit der entwickelten Methoden.