Strömungsmechanische und klinische Analyse der regionalen Compliance sowie der resultierenden Lungenmechanik für eine patientenspezifische Modellierung

• Applicants: Professor Dr. Rolf Rossaint; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder
• Subject Area: Fluid Mechanics ; Medical Physics, Biomedical Technology
• Term: from 2006 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 22484003

Die Verteilung des Atemgases in der Lunge mit ihren makroskopischen und mikroskopischen Untereinheiten ist bis heute nur partiell bekannt. Eine durchgängige Betrachtung der Ventilation beginnend vom Dehnungsverhalten der alveolaren Einheiten über das der verschiedenen anatomischen Substrukturen bis hin zur Gesamtlunge mit den hieraus resultierenden jeweils regionalen oder globalen Druck-Volumen-Kurven ist nicht möglich. Diese Kenntnis wäre allerdings von größter Bedeutung, da diese vermutlich überwiegend nichtlinearen Strömungseigenschaften einen bedeutenden Einfluss auf die instationären Massentransportprozesse und die globale Lungenfunktion während der Beatmung haben.Ziel dieses Vorhabens ist es, durch die Anwendung moderner experimenteller, theoretischer und numerischer Methoden, wie etwa der mikroskopischen intravitalen Diagnostik zeitgleich mit der Analyse der globalen Ventilations-Perfusions-Verteilung, der regionalen Ventilationsverteilung, insbesondere aber auch der regionalen Druck-Volumen-Beziehungen, im direkten Zusammenspiel mit der strömungsmechanischen Simulation und Modellierung einer nichtlinearen Lungenmechanik gegenseitig überprüfbare Ergebnisse zu erzielen. Darauf aufbauend wird ein Regelkreis entwickelt der die dynamischen Eigenschaften hinsichtlich der Rekrutierungsfähigkeit atelektatischer Bereiche für gegebene Sollwerte optimiert. Am Ende des Projektes sollen die im Modellierungsverfahren und im Tierexperiment iterativ gewonnenen Erkenntnisse in Patientenuntersuchungen hinsichtlich ihrer Validität im Menschen mit Hilfe der innovativen endoskopischen Konfokalmikroskopie überprüft werden. Mit Blick auf eine patientenspezifische Modellierung der protektiven Beatmung wird ein relevanter Wissensgewinn bezüglich der physikalischen Grundlagen der Lungenphysiologie und Pathophysiologie sowie der intrapulmonalen Gasverteilung erwartet. Dadurch sollen Strategien abgeleitet werden, die eine weitere Optimierung im Sinne einer protektiven Beatmung ermöglichen.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Persons: Professor Dr. Johannes Bickenbach; Dr.-Ing. Michael Klaas