Ein mehrskaliges Modell für die Therapie des akuten ischämischen Schlaganfalls auf der Grundlage von Zwei-Phasen-Fluid-Struktur Interaktionsmodellen in vaskulären Netzwerken

• Antragsteller: Dr. Niklas Kolbe; Dr. Michael Neidlin; Privatdozent Dr. Omid Nikoubashman
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Mathematik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548864771

Im vorgeschlagenen Projekt werden wir ein mehrskaliges Modell zur Durchführung von patientenspezifischen Interventionen bei akutem ischämischem Schlaganfall erstellen. Die endovaskuläre Thrombektomie ist die Standardtherapie bei Schlaganfällen. Darüber hinaus ist die Thrombolyse eine begleitende Behandlungsoption. Für eine sichere Therapie müssen die Hämodynamik in den Hirnarterien, die Biomechanik des Thrombus, der Transport des Thrombolytikums und die Interaktion zwischen Patient und Operationsgerät berücksichtigt werden. Bestehende Computermodelle berücksichtigen nicht alle diese Aspekte. Darüber hinaus sind sie komplex und haben lange Laufzeiten, was die klinische Umsetzung erschwert. Wir werden dieses Problem durch ein interdisziplinäres Projekt zwischen Neuroradiologen, Mathematikern und Ingenieuren angehen und 1D Gefäßnetzwerkmodelle und deren Kopplung mit biomechanischen Thrombus-Modellen untersuchen. Zunächst werden wir die Materialeigenschaften von Thromben charakterisieren und die Thrombolyse in vitro durch statische und dynamische Tests messen. Diese Daten werden zur Entwicklung eines Kontinuumsmodells von Thromben verwendet. Parallel dazu werden wir einen neuartigen Zwei-Phasen-Ansatz für die Wechselwirkung zwischen Fluid und Struktur in ein 1D-Netzwerkmodell des Blutflusses der Hirnarterien implementieren. Das Modell wird Gefäßverschlüsse, endovaskuläre Aspiration und Thrombolyse berücksichtigen. Robuste numerische Verfahren werden effiziente Simulationen ermöglichen. Schließlich werden die 3D- und 1D-Modelle gekoppelt, und ihre Anwendbarkeit wird in einer Proof-of-Concept-Studie anhand realer klinischer Fälle bewertet. Das von uns entwickelte Modell wird das komplexe multiphysikalische Verhalten der ischämischen Schlaganfalltherapie und die Anforderungen an schnelle Simulationen berücksichtigen. Es wird die Bewertung von Interventionen auf patientenspezifischer Basis ermöglichen und den Weg für eine zukünftige klinische Anwendung ebnen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2311: Robuste Kopplung kontinuumsbiomechanischer in silico Modelle für aktive biologische Systeme als Vorstufe klinischer Applikationen - Co-Design von Modellierung, Numerik und Nutzbarkeit
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Siegfried Müller; Dr. Ferdinand Thein