Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Simulation der Blutströmung

05.10.2000


Eintauchen in die Aorta
1. @roentgen-Preis für Ulmer Radiologen

Der technologische Fortschritt im Bereich der bildgebenden Verfahren in

der Radiologie hat sich während der letzten Jahre erneut deutlich beschleunigt. Insbesondere die Schnittbildverfahren produzieren eine Flut von Bildern, deren Informationsgehalt teilweise nur noch mit Computerunterstützung ausgewertet werden kann. Dies verlangt die Entwicklung neuer Methoden und die Integration fortgeschrittener Analyseverfahren. Die Arbeitsgruppe RaVis (Radiologische Visualisierung und Simulation) in der Abteilung Röntgendiagnostik der Universität Ulm (Dr. Thorsten Fleiter, Biomed.-Ing. (FH) Daniela Pless, AiP Daniela Boll, Arzt Florian Schmid, PD Dr. Johannes Görich, Dr. Reinhard Scharrer-Pamler und Abteilungsleiter Prof. Dr. Hans-Jürgen Brambs) versucht in Zusammenarbeit mit der Abteilung Gefäß- und Thoraxchirurgie die Blutströmungen der großen Arterien zu visualisieren und zu analysieren. Das Ergebnis ihrer bisherigen Arbeit, die Simulation der Strömungsvorgänge in den Arterien mit Hilfe der Multislice-CT und einer aus technischen Anwendungen übernommenen Fluss-Simulation, wurde anlässlich des diesjährigen Röntgenkongresses in Wiesbaden mit dem 1. @roentgen-Preis ausgezeichnet. Am Beispiel der Blutfluss-Simulation im abdominellen Aortenaneurysma, einer Erkrankung, die in den USA jährlich ca. 15.000 Menschen das Leben kostet, lassen sich die Prinzipien des Verfahrens erläutern.

Das abdominelle Aortenaneurysma ist eine sackartige Erweiterung der Hauptschlagader (Aorta), die unbehandelt zum Reißen des Gefäßes (Ruptur) führen kann. Die genauen Ursachen sind noch weitgehend unbekannt; als Risikofaktoren gelten fortgeschrittenes Alter, Bluthochdruck und Arteriosklerose. Neben der konventionellen chirurgischen Behandlung kommt zur Therapie eine vergleichsweise neue Methode in Betracht: die endovaskuläre Stentimplantation, eine minimalinvasive Technik, die für den Patienten ein geringeres Operationsrisiko birgt und wesentlich schnellere Rekonvaleszenz verspricht. Hierbei wird der Blutfluß durch eine Prothese, den sogenannten Stentgraft, umgeleitet und von der geschädigten Gefäßwand ferngehalten. Dadurch verringert sich der Druck auf die Gefäßwand, das Rupturrisiko sinkt. Der Stentgraft besteht aus zwei Teilen und wird jeweils über einen kleinen Schnitt auf beiden Seiten der Leistengegend mittels eines Katheters eingeführt.

Der Implantation des Stentgrafts geht eine Computertomographie (CT) des Bauchraums voraus. Danach erfolgt eine weitere CT zur Lagekontrolle der Prothese. Kontrolluntersuchungen in Zeitabständen von einigen Monaten sollen etwaige Komplikationen ausschließen. Die Aufnahmen aus diesen Routine-Untersuchungen bilden zugleich die Grundlage der Blutfluss-Simulation. Dafür werden aus den einzelnen Bildern mit Hilfe einer speziellen Software Schicht für Schicht die Konturen der Aorta markiert. Durch ein »Übereinanderstapeln« dieser Konturen lässt sich anschließend eine räumliches Bild des Gefäßes erzeugen. Indem man die virtuelle Wand dieses Gefäßes in bis zu 150.000 geometrische »Flicken« (Drei- und Vierecke) aufteilt, kann man sehr genaue Modellrechnungen zum Blutfluss durchführen.

Die Aufgabe, das virtuelle Blut zum Fließen zu bringen, übernimmt die ursprünglich für Strömungssimulationen in technischen Anwendungen konzipierte Software »Fluent«, die Berechnung der Blutströmung ein leistungsfähiger Rechner. Für jede einzelne der »Flicken« werden vorherrschende Geschwindigkeit, Druck und Wandscherspannung bestimmt. Anschließend werden die einzelnen Ergebnisse für das gesamte Gefäß zusammengesetzt. Zur klinischen Einsatzfähigkeit ausgereift, soll die Methode nun die Therapie optimieren, indem für den jeweiligen Patienten das Rupturrisiko ermittelt, die Wahrscheinlichkeit von Komplikationen aufgrund der Lage und Form der Prothese berechnet und die Möglichkeiten einer Prävention dieser Komplikationen kalkuliert werden.

In Zusammenarbeit mit dem Höchstleistungsrechenzentrum (HLRS) der Universität Stuttgart können die Ergebnisse der Blutfluss-Simulation in einer Virtual-Reality-Umgebung (Cave Automatic Virtual Environment, CAVE) in 3D-Bilder umgesetzt werden. So soll es künftig möglich sein, die Operation im voraus interaktiv durchzuspielen. Der Betrachter trägt eine stereoskopische Brille, die einen dreidimensionalen Eindruck des Objekts erzeugt, und ein Headtracking-System, das seine Position im Raum erfasst und bei Bewegungen die Darstellung des Objekts entsprechend verändert. Die Interaktion erfolgt über eine 3D-Maus. Die CAVE ermöglicht es dem Betrachter, völlig in das Objekt »einzutauchen« und die dynamischen Vorgänge von einem in der bildgebenden Diagnostik bisher unbekannten Standpunkt aus zu betrachten. Dies eröffnet eine völlig neue Betrachtungsweise, die im Augenblick noch futuristisch anmutet, in naher Zukunft aber vielleicht schon zum Alltag gehören wird.

Peter Pietschmann | idw

Weitere Berichte zu: Blutfluss-Simulation Blutströmung Gefäß Stentgraft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Kostformen im Vergleich: Für Menschen mit Diabetes ist die Mittelmeer-Diät besonders gut geeignet
19.01.2018 | Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke

nachricht Vielversprechender Malaria-Wirkstoff erprobt
19.01.2018 | Eberhard Karls Universität Tübingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungen

Transferkonferenz Digitalisierung und Innovation

22.01.2018 | Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Forschungsteam schafft neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft

22.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Ein Haus mit zwei Gesichtern

22.01.2018 | Architektur Bauwesen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics