Messung von Wandschubspannung mittels geschwindigkeitskodierter Magnetresonanztomographie

• Antragsteller: Professor Dr. Herbert Egger; Professor Dr. Jürgen Hennig; Professor Dr.-Ing. Cameron Tropea
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Mathematik ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321941734

Ziel des Projektes ist die detaillierte und systematische Untersuchung der Messung der Wandschubspannung (WSS) auf Basis einer Kombination von 4D-MR-Flussmessungen mit neuen Simulations und Rekonstruktionsverfahren zur Etablierung eines Goldstandards für die WSS-Quantifizierung. Perspektivisches Ziel solcher Messungen ist es, die Grundlagen zur verlässlichen quantitativen klinischen Anwendung z.B. bei atherosklerotischen Läsionen sowie zerebralen Aneurysmen zu schaffen. Das Projekt verbindet dabei innovative Ansätze aus drei Disziplinen: Medizinische Bildgebung, Strömungsmechanik und Mathematik, zur signifikanten Verbesserung von WSS-Messungen. So werden neue Methoden der 4D-MR-Flussmessung zur Verbesserung der zeitlichen und räumlichen Auflösung, insbesondere nahe der Gefäßwand, entwickelt und bereitgestellt. Die zeitliche Auflösung bei der Untersuchung instabiler Flüsse wird durch beschleunigte Aufnahme nach dem compressed sensing Verfahren unter Verwendung dedizierter Spulenarrays zur Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses nahe der Gefäßwand erreicht. Seitens der Strömungsmechanik werden Versuchsmodelle erstellt, welche eine genaue Messung der WSS durch optische Messtechnik (LDV) ermöglichen und der Validierung der MR-Flussmessung dienen. Zudem werden numerische Simulationen eine Vorhersage der WSS dort ermöglichen, wo LDV aufgrund limitierter optischer Zugänglichkeit (Hinterschneidungen, gekrümmte Oberflächen) keine Messdaten ermitteln kann. Ausgehend von einer einfachen stationär durchströmten Rohrgeometrie werden Strömungsmodelle sowie Zustrombedingungen sukzessive an Komplexität gewinnen, hin zu oszillierend durchströmten Strömungsgeometrien. Die Messungen werden innerhalb des transkritischen Reynoldszah-Bereiches durchgeführt.Seitens der Mathematik werden innovative Verfahren zur WSS-Bestimmung basierend auf Ideen der variationellen Daten-Assimilation untersucht, welche die Struktur von Optimalsteueraufgaben mit linearisierten Strömungsmodelle besitzen. Vorkonditionierte iterative Regularisierungsstrategien werden zur effizienten numerischen Lösung des Inversen Problems vorgeschlagen mit dem Ziel, eine stabile Rekonstruktion in der Großenordnung von Minuten zu erreichen. Die Besonderheit des Projektes besteht in der Zusammenführung neuer Ansätze aus den beteiligten drei Disziplinen, um bestehende, überwiegend heuristische Ansätze der WSS-Messung zu einer fundierten Grundlage für klinisch relevante Anwendungen zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen