BMBF-Projekt

Modellierung, schnelle Simulation und Optimierung von Blutströmungen mit Materialschädigung

Projektleiter
Dr. Dominik Meidner, Technische Universität München, Deutschland
Prof. Dr. Thomas Richter Pfeil, Universität Magdeburg, Deutschland
Prof. Dr. Stefan Turek Pfeil, Technische Universität Dortmund, Deutschland
Prof. Dr. Boris Vexler, Technische Universität München, Deutschland
Dr. Vladimir Matoussevitch Pfeil, Uniklinik Köln, Deutschland

Projektmitarbeiter
Lukas Failer, M. Sc., Technische Universität München, Deutschland

Projektpartner
abmedica Deutschland Pfeil
Spectranetics Deutschland Pfeil
C. R.Bard Pfeil

Projektbeschreibung
Ziel des gemeinsamen Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von effizienten numerischen Methoden zur Modellierung, Simulation und Kontrolle von komplexen Strömungsvorgängen in Blutgefäßen unter Berücksichtigung von aktiver Materialänderung, Schädigung und Wachstum. Als herausforderndes, prototypisches und sehr komplexes Anwendungsproblem untersuchen wir die hämodynamischen Effekte und Auswirkungen eines arteriovenösen Shunts der Arteria brachialis und der Vena cephalica zur Vorbereitung einer Dialysebehandlung. Dieser Eingriff in das kardiovaskuläre System ist erheblich und steigert die Strömungsraten in den beteiligten Gefäßen auf mehr als das Zehnfache. Es kommt in der Folge oft zu Gefäßschäden wie Aneurysmen oder Stenosen. Insbesondere werden wir eine Mündungsstenose der Vena cephalica, die sog. Cephalic Arch Stenosis (CAS) betrachten, deren Bildung und Behandlung stark von der patientenspezifischen Situation abhängt. Zusammen mit den industriellen Kooperationspartnern ab medica, Spectranetics Deutschland und C. R. Bard ist das primäre Ziel des Projekts, durch patientenspezifische Simulation die Kategorisierung und Entwicklung einer individualisierten Produktpalette zu ermöglichen. Wir analysieren Techniken zur Strömungskontrolle, z. B. durch Stents, um die weitere Entwicklung des Krankheitsbild positiv zu beeinflussen. Gerade bei der CAS ist ein spezifisches, geometrieangepasstes Design des Stents entscheidend. Der Mündungswinkel der Vena cephalica hat entscheidenden Einfluss auf die Stent-Entwicklung. Hierzu werden effiziente, adaptive Tools zur Simulation und Optimierung von komplexen mechano-chemischen Strömungsproblemen entwickelt und implementiert.

Schlagwörter
Fluid-Struktur Interaktion, Optimalsteuerung, Blutströmungen

Projektkennzeichen
Das Projekt BlutSimOpt wird im Rahmen der BMBF-Ausschreibung "Mathematik für Innovationen in Industrie und Dienstleistungen" im Zeitraum 2017 bis 2019 gefördert.

Fachgebiet und Arbeitsrichtung
Angewandte Mathematik, Numerik und inverse Probleme

Publikationen

Lukas Failer, Dominik Meidner, Boris Vexler:
Optimal Control of a Linear Unsteady Fluid-Structure Interaction Problem
Journal of Optimization Theory and Applications, 170(1), pp. 1-27, 2016. (doi:10.1007/s10957-016-0930-1)

Konferenzen
International Symposium on Simulation and Optimization of Extreme Fluids Pfeil, Internationales Wissenschaftsforum (IWH) in Heidelberg vom 10. November bis 12. November 2014.
Winter School on Simulation and Optimization of Extreme Fluids Pfeil ,Interdisciplinary Center for Scientific Computing (IWR) in Heidelberg vom 13. November bis 14. November 2014.

Software
Gascoigne, RoDoBo
 
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