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.

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:

Bezüge der Partner im Projekt:

Informationen für die Projektpartner:

Das Git-Repository des Projektes finden die Projektpartner hier.

Das Git-Repository der für das Projekt entwickelten Software finden die Projektpartner hier.