Einheitliche Computermodellierung des gesamten menschlichen Herzfunktion mit Smoothed Particle Hydrodynamics

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Xiangyu Hu
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Kardiologie, Angiologie ; Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397665284

Das Herz ist eines unserer wichtigsten und komplexesten Organe. Die vier Kammern und vier Ventile eines Herzens kooperieren genau zum Füllen, Auswerfen, und der Gesamtpumpfunktion durch das Zusammenspiel von elektrischen und mechanischen (einschließlich festkörper und strömungs) Dynamik. Die Modellierung dieser Dynamik und deren Kopplung ist wichtig für diese komplexen Phänomene zu verstehen.Während die aktuellen Computermodelle können die gekoppelten elektrischen und Festkörpermechanik oder die gekoppelten Festkörper und Strömungsmechanik zu berechnen, leiden sie unter großen Schwierigkeiten auf die Integration aller drei Dynamik aufgrund der Konflikte zwischen ihrer begrenzten Flexibilität bei der Modellierung und der komplexen physikalischen Prozesse.Das langfristige Ziel des aktuellen Projekts ist es, ein Herz-Simulator mit dem Potenzial zu entwickeln, um die Behandlung von Herzkrankheiten zu verbessern.In der ersten Förderperiode von 3 Jahren haben wir fruchtbare Erfolge erzielt, was die wesentlichen Fortschritte bei der Entwicklung eines einheitlichen SPH-basierten Modells für die gesamte menschliche Herzfunktion darstellt.Wir sind auch auf Herausforderungen bei der rechnerisch effizienten Modellierung des Herzleitungssystems und der Herzklappen sowie auf Probleme bei der GPU-Beschleunigung gestoßen, haben diese jedoch in unseren jüngsten Errungenschaften effektiv angegangen.In der zweiten Förderperiode von 3 Jahren werden wir weiter an der Kopplung des Herzleitungssystems mit der Muskelaktivierung, der Modellierung der Klappen und ihrer Kopplung mit der Fluiddynamik arbeiten.Anschließend werden wir die entwickelten Modelle und Algorithmen in einen Workstation-basierten Total-Function-Heart-Simulator integrieren, numerische Simulationen der Total-Heart-Funktion mit anatomischen hochauflösenden Herzmodellen durchführen und mögliche klinische Anwendungen untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen