D. Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses

8. Charakterisierung von durchströmten Gefäßen und der
Hämodynamik mittels modelt- und simulationsbasierter
Ftuss-MRt (CFD-MRI)
Kollegiat: Mathias Joachim Krause1
Mitarbeiter: Albert Mink1, Peter Weisbrod1, Fabian Klemens1, Jonathan
Jeppener-Haltenhoff1, Benjamin Förster1
1 Lattice Boltzmann Research Group (LBRG), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Einleitung zum Vorhaben
Im Herbst 2014 nahm das Forschungsteam um den Kollegiaten seine fast fünfjäh-
rige Tätigkeit auf Während die grundlegende Methodenentwicklung in der ersten
Förderphase bis Mai 2017 im Vordergrund stand, erfolgten in der zweiten Phase
bis Mai 2019 die Weiterentwicklung und schließlich die Erforschung der Anwend-
barkeit der Methode im medizinischen Bereich. Der Bericht bezieht sich auf das
Gesamtvorhaben und fasst die Ergebnisse zusammen.
1. Gegenstand des Forschungsprojektes und Zielsetzung
Für viele medizinische Anwendungen ist die genaue Kenntnis der Strömungs-
dynamik eine Grundvoraussetzung für Diagnostik, Medikation und Operations-
planung. Genaue Strömungsdaten sind jedoch mit aktueller Mess- und Simulati-
onstechnik nicht in der gewünschten Genauigkeit verfügbar. Die Kopplung von
Simulation und Messung (CFD-MRI) deutet jedoch daraufhin, dass bei der Er-
fassung der Strömungsdynamik in komplexen patientenindividuellen Gefäßgeo-
metrien erhebliche Fortschritte zu erwarten sind.
2. Grundlegende Methodenentwicklung
Bei der CFD-MRI wird zunächst eine Strömungsflussmessung mit einer Mag-
netresonanztomographie (MRI) durchgeführt. Die im Allgemeinen verrauschten
Messergebnisse stellen zeitlich und örtlich gemittelte Durchschnittswerte dar und
sind zugleich Lösung eines Strömungsproblems, welches durch ein mathemati-
sches Modell beschrieben werden kann. Die Kenntnis des Modells macht sich das
CFD-MRI Verfahren zu Nutze, um zum einen das Rauschen durch numerische
Strömungssimulation (CFD, engl. computational fluid dynamics) herauszurech-
nen und zum anderen von Durchschnittsbildung ausgehend auf feine Strukturen
der Geometrie zu schließen. Man erhält so ein fein aufgelöstes Bild der Strömungs-
geschwindigkeiten mit zugehöriger Geometrie, welches den Messergebnissen
entspricht, Messartefakte aber eliminiert und in Bezug auf das Strömungsmodell
sinnvoll ist. Zur Realisierung der Methode wurde ein neues effizientes numeri-

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