Entwicklung hämodynamischer Marker für linksventrikuläre Borderline-Patienten: Ein computergestützter, fluiddynamischer und ultraschallbasierter Ansatz

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Jana Korte-Bektas
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577904049

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines nicht-invasiven Diagnosewerkzeugs zur individualisierten Beurteilung der Herzfunktion bei pädiatrischen Patient:innen mit angeborenen Herzfehlern, mit besonderem Fokus auf Fälle mit grenzwertiger Morphologie des linken Ventrikels (LV). Diese Patient:innen stellen eine klinische Herausforderung dar, da die Entscheidung zwischen biventrikulärer Korrektur und univentrikulärer Palliativversorgung oft unter erheblicher Unsicherheit getroffen werden muss. Die bisher verfügbaren Bildgebungsverfahren – insbesondere die Echtzeit-3D-Echokardiografie – liefern hierfür häufig nicht ausreichend funktionelle Informationen. In diesem Projekt wird ein neuartiger, translationaler Ansatz verfolgt, der patientenspezifische numerische Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics, CFD) mit Ultraschallbildgebung kombiniert, um relevante hämodynamische Funktionsmarker abzuleiten. Diese Marker – etwa Wirbelstrukturen, Strömungseffizienz oder Energieverluste – sollen die kardiale Leistungsfähigkeit abbilden und mit klinischen Outcomes korrelieren. Ziel ist es, damit die diagnostische Entscheidungsfindung zu verbessern – ohne zusätzlichen invasiven oder ressourcenintensiven Bildgebungsaufwand. Das Projekt verfolgt drei Hauptziele: 1. Entwicklung und Validierung eines patientenspezifischen CFD-Modells auf Basis von 3D-Ultraschalldaten unter Einbezug realistischer Randbedingungen (u. a. Klappenmorphologie, Regurgitation). Die Validierung erfolgt mit 4D-Flow-MRT-Daten zur Sicherstellung der physiologischen Genauigkeit. 2. Ableitung funktioneller Marker aus den simulierten Strömungen mithilfe datengetriebener Methoden wie Proper Orthogonal Decomposition. Diese Marker werden anschließend mit synthetischen und klinischen Ultraschalldaten korreliert, um ihre Nachweisbarkeit im Standardultraschall zu bewerten. 3. Klinische Machbarkeitsstudie an einer retrospektiven Kohorte von Patient:innen mit grenzwertigem LV. Ziel ist es, die Aussagekraft der abgeleiteten Marker zur funktionellen Differenzierung und zur Unterstützung klinischer Entscheidungen zu prüfen. Die Innovation des Projekts besteht darin, mechanistische hämodynamische Informationen allein aus Ultraschallbildern zugänglich zu machen. Der Ansatz ist potenziell auf weitere Krankheitsbilder übertragbar, z. B. Klappenerkrankungen oder Herzinsuffizienz mit erhaltener Auswurffraktion. Das Vorhaben baut auf der Expertise des Antragstellers in CFD und bildbasierter Modellierung auf und markiert einen strategischen Schritt in die pädiatrische Kardiologie. Die Walter-Benjamin-Förderung ermöglicht den Ausbau interdisziplinärer Kompetenzen sowie den Übergang in eine eigenständige Forschungslaufbahn an der Schnittstelle zwischen Ingenieurwissenschaft und Medizin.

• DFG-Verfahren: Stipendium
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeberin: Professorin Dr. Selene Pirola