Physikalische Modellbildung und Computersimulation der Ballon-Angioplastie

Ziel: Verbesserung von Computersimulation und physikalischer Modellbildung der Ballon Angioplastie, die ein bedeutendes mechanisches Behandlungsverfahren in der klinischen Praxis darstellt. Hintergrund: Die Ballon Angioplastie ist eine bei atherosklerotischen Erkrankungen häufig angewendete Behandlung in fast allen Gefäßregionen (koronar, periphere, supraaortale, renale, mesenteriale Gefäße und die Aorta). Deshalb ist sie von enormer volksgesundheitlicher und ökonomischer Bedeutung. Der klinische Erfolg ist jedoch nicht immer zufriedenstellend. Zur Simulation der hochindividuellen Mechanismen der Ballon Angioplastie eignen sich Finite-Elemente-Methoden, die als hilfreiche numerische Werkzeug dienen. Der Aufgabe entsprechend werden FE-Programme sowie verbesserte physikalische Modelle für Plaque- und Mediaschädigung entwickelt. Die nichtlineare Kontinuumsmechanik stellt den passenden theoretischen Rahmen bereit. Zweck: Zweck des Forschungsvorhaben ist es, die Ballon Angioplastie in klinisch relevanter Form zu simulieren, mit folgenden Vorteilen: Eine für jede Läsion spezifizierte Durchführung der Ballon Angioplastie zu entwickeln, den Dehnungserfolg vorherzusagen, um die Behandlung effektiver zu planen, neue Katheterdesigns zu entwickeln und interventionelle Physiologen auszubilden (um nur die wichtigsten Punkte zu nennen). Internationale Kooperation: Spezifische Fachkenntnisse und Kooperation von ExpertInnen aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Forschungsbereichen sind unentbehrlich, um den mechanischen Prozeß der Ballon Angioplastie besser zu verstehen und die klinische Erfolgsrate zu erhöhen. Das vorgestellte Forschungsvorhaben wird von fünf internationalen Forschungsgruppen unterstützt. Einfluß der beabsichtigten Arbeit auf die Entwicklung in diesem Interessensbereich Computergestützte (Bio)Mechanik und Finite-Elemente-Methoden: Finite-Elemente und Softwareentwicklung: Entwicklung eines leistungsfähigen Softwarepakets, das numerische Simulationen des Ablaufs der Ballon Angioplastie in effizienter Weise ermöglicht. Implementierung nichtlinearer Materialmodelle in neue Finite-Elemente Technologien. Kontinuumsschädigungsmodell für die Media: Entwicklung eines arteriellen Kontinuumsschädigungsmodells für die Media. Identifizierung der Materialparameter. Bildgebung mit intravaskulärem Ultraschall: Verbindung von intravaskulären Ultraschallbildern mit FE-Methoden. Generierung dreidimensionaler FE-Netze, basierend auf Ultraschallbildern. Parameterstudien: Festigkeitsanalysen der Ballon Angioplastie im großen Maßstab, um einen Katalog von Konfigurationen mit speziellen Merkmalen zu entwickeln, der therapeutische Entscheidungen unterstützen kann. Klinische Anwendungen: Abgesehen von den erwähnten numerischen Gesichtspunkten, essentiell für die Grundlagenforschung und Ingenieurwissenschaft, gibt es eine Reihe von vielversprechenden klinischen Anwendungen. Entwicklung neuer Katheterdesigns und hochentwickelter Durchführungstechniken der Ballon Angioplastie, Eruieren der optimalen Durchführungsparameter (Ballondurchmesser, Ballonlänge, ...). Vorhersage von langfristigem Erfolg: tieferer Einblick in die individuellen biomechanischen Abläufe kann zu neuen (mechanischen) Konzepten der Restenosierung führen . Einsicht in den Ablauf der Ballon Angioplastie: ein Finite-Elemente Modell dient dem Verständnis der komplexen Mechanismen der Angioplastie (Ruptur, Dissektion, Plaque, Fraktur, ...). Klinische Anwendung auf stenosierte nicht-atherosklerotische Läsionen in anderen Organen (Harnleiter, Darm, ...).