Computerorientierte Elektromechanik des Herzens: Entwicklung FE-basierter verlässlicher Simulationsansätze für die patientenspezifische Analyse

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Kaliske
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 217579293

Kardiovaskuläre Erkrankungen (KVE) sind die häufigste Todesursache weltweit, besonders in den entwickelten Ländern. Es wird geschätzt, dass 17,5 Millionen Menschen im Jahr 2012 an KVE starben. Darüber hinaus stellen diese Erkrankungen eine hohe finanzielle Belastung für die Gesellschaft dar. Gestörte und unkoordinierte elektrische Signale können anormale Herzrhythmen, sogenannte Arrhythmien, verursachen. Zahlreiche Symptome sind auf Arrhythmien zurückzuführen, angefangen von kaum spürbaren Anzeichen bis hin zum kardiovaskulären Kollaps, Herzstillstand und Tod. Eine effiziente numerische Modellierung des Herzens aus elektromechanischer Sicht kann den Kardiologen bei nicht invasiven Untersuchungen unterschützen, um effektive und patientenspezifische Behandlungsmethoden zu entwickeln. Das Ziel des Verlängerungsantrags ist, die bestehenden numerischen Ansätze des ersten Antrags mit den neu zu entwickelnden Erweiterungen zu einer umfassenden Finite-Elemente-Analyse des Herzens hinsichtlich der mechanischen und elektrophysiologischen Eigenschaften zu kombinieren. Aus diesem Grund wird eine neue und realistische Formulierung für die Herzmuskelkontraktion entwickelt, die elektromechanische Antwort neu formuliert, das elektrische His-Purkinje Leitungsnetz einbezogen, und die Kopplung des Herzzyklus mit Druckentwicklung in den Ventrikel-Kammern bereitgestellt. Darüber hinaus werden personalisierte bi-ventrikuläre Herzmodelle aus kardialen Magnetresonanztomographien und 4D-Echokardiographie Daten generiert. Die entwickelten numerischen Verfahren werden durch FE-Simulationen von gesunden Herz-Modellen überprüft. Sobald angemessene Ergebnisse erzielt werden, wird die gleiche Prozedur für Herzinsuffizienz-Modelle wiederholt. Schließlich wird die Prognosefähigkeit der Modellierung (z.B. Resultate der kardialen Resynchronisationstherapie (KRT) und die Anfälligkeit für Herzrhythmusstörungen) bewertet. Darüber hinaus wird versucht, ein optimales Set-up für eine erfolgreiche KRT mit Computersimulationen an typischen Herzinsuffizienz-Modellen zu finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Ruth H. Strasser