SpendenExperimentelle und numerische Untersuchungen der Ventrikelströmung durch multi-modale Bildgebungsverfahren
Ausgangslage/Problemstellung:
Die Blutströmung im Herzen spielt eine zentrale Rolle für die Herzfunktion. Besonders die Wirbelbildung im linken Ventrikel kann wichtige Hinweise auf Herzkrankheiten geben und die Funktion bestimmter Herztypen, wie z. B. Ein-Kammer-Herzen, quantitativ bewerten. Moderne Methoden wie die 4D-Magnetresonanztomographie (4D Fluss MRT) können solche Strömungen sichtbar machen. Allerdings stößt diese Technik bei kleinen Herzen, etwa bei Kindern, an Grenzen: Sie bietet nur Momentaufnahmen, erfordert oft Sedierungen und ist bei kleinen anatomischen Strukturen nur bedingt einsetzbar. Neue Ansätze, wie die Kombination von Computermodellen und Echtzeit-3D-Echokardiographie, könnten hier Abhilfe schaffen, um eine individuelle Bewertung der Herzgesundheit von Kindern und Erwachsenen mit angeborenen Herzfehlern durchzuführen.
Sachstand:
Patientenspezifische Computermodelle, unterstützt durch Echtzeit-3D-Echokardiographie, konnten erste vielversprechende Ergebnisse für eine individualisierte Diagnose der Herzfunktion liefern. Allerdings fehlt es bisher an einer systematischen Verknüpfung von experimentellen Daten und Modellvalidierungen. In-vitro-Versuchsaufbauten mit Silikonmodellen und experimentellen Strömungsmessverfahren können hier Abhilfe schaffen. Sie erlauben es, die Wandbewegung des Herzens genau zu erfassen, die Strömungsstrukturen in realistischen Anatomien abzubilden und die in-silico Modelle zu validieren. Solche experimentellen Aufbauten können weiterhin mit klinischen Bildgebungsverfahren kombiniert werden, um eine konsistente Translation in die klinische Anwendung zu ermöglichen.
Zielsetzung:
Das Projekt setzt sich zum Ziel, eine verbesserte Bestimmung der kardialen Funktion bei Kindern und Erwachsenen mit angeborenen Herzfehlern auf Basis von patienten-individuellen Modellen zu erreichen. Dafür wird ein neuartiges, hochmodernes Herzphantom entwickelt, das speziell für die Integration verschiedener Mess- und Bildgebungsverfahren wie 4D-MRT und Echtzeit-3D-Ultraschall ausgelegt ist. Dieses Phantom ermöglicht die detaillierte Erfassung und Visualisierung der Strömungsdynamik sowie der Wandbewegung des Herzens unter realistischen Bedingungen. Die experimentellen Daten werden mit Computersimulationen der Herzströmung abgeglichen. Danach werden die validierten Modelle eingesetzt, um die Funktion des Herzens bei Patient:innen mit Ein-Kammer-Herzen in Ruhe und Belastung zu analysieren. Durch die Kombination modernster Messtechniken, experimenteller Modelle und numerischer Simulationen wird eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und klinischer Anwendung geschlagen. Dies könnte zukünftig dazu beitragen, diagnostische und therapeutische Verfahren für Herzpatient:innen signifikant zu verbessern.
