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Projekt
In-Stent-Restenose in koronaren Arterien - In silico-Untersuchungen basierend auf patientenspezifischen Daten und Metamodellierung
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Marek Behr, Ph.D.; Professorin Dr.-Ing. Stefanie Reese; Professor Dr. Felix Vogt
Fachliche Zuordnung
Mechanik
Kardiologie, Angiologie
Kardiologie, Angiologie
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465213526
Das vorgeschlagene Projekt ist klinisch motiviert durch die Notwendigkeit, Koronarstenting mit Medikamentenelution erfolgreich durchzuführen. Ein schwerwiegendes Problem ist die sogenannte In-Stent-Restenose (ISR), die durch pathologisches Wachstum von biologischem Material entsteht. Die klinische Intervention ist am effektivsten, wenn die patientenspezifische Situation hinsichtlich Geometrie und Zustand der erkrankten Arterie, verkalkter Bereiche sowie der Entwicklung von Wachstumsfaktoren und Zellmigration so gut wie möglich berücksichtigt wird. Langfristiges Ziel ist es, ein in silico-Simulationswerkzeug zu entwickeln, das den Kardiologen bzw. die Kardiologin in die Lage versetzt, ausreichend schnelle Entscheidungen über wichtige Parameter der kardiologischen Behandlung zu treffen. Dazu gehören die Stentgeometrie und die Menge des eluierten Medikaments. Um dieses Ziel zu erreichen, hat sich ein Team von Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen aus drei Disziplinen gebildet. Prof. Vogt aus der Kardiologie liefert patientenspezifische Daten und steuert das entscheidende medizinische Wissen über die mit der ISR einhergehenden biochemischen Prozesse bei. Diese Informationen werden von Prof. Reese aus der Festkörpermechanik aufgegriffen, um die Entwicklung der relevanten Stoffe (Wachstumsfaktoren sowie glatte Muskelzellen und extrazelluläre Matrix) in der Arterienwand zu modellieren. Der letztgenannte Prozess, der auf zellulärer Ebene stattfindet, wird an die Kontinuumsebene gekoppelt, indem der Dehnungstensor von der Dichte der glatten Muskelzellen abhängig gemacht wird. Die Modellierung der Grenzflächen Stent-Blutfluss, Stent-Arterie, sowie Arterie-Blutfluss wird gemeinsam mit Prof. Behr aus der Strömungsmechanik angegangen. Seine Arbeit widmet sich auch der Berechnung des Blutflusses und der Wandschubspannungen, von denen angenommen wird, dass sie einen wichtigen Einfluss auf die ISR haben. Mittels numerischer Methoden wie Proper Orthogonal Decomposition, hierarchischer Tensorapproximation und künstlicher neuronaler Netze tragen alle drei Partner zur Entwicklung eines Metamodells bei. Langfristig soll dieses Modell in ein in der Kardiologie anwendbares Simulationswerkzeug überführt werden. Basierend auf den patientenspezifischen Eingabeparametern wird eine Vorhersage des ISR-Prozess für die jeweils untersuchten Patienten möglich. Ziel ist es des Weiteren, Anhaltspunkte für das zu wählende Stentimplantationsverfahren zu geben.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
