8. Charakterisierung von durchströmten Gefäßen (WIN-Programm)

1. Schritt: MRI Scan g. Rand/Porosität <j>0

3. Schritt: Berechne a) Differenz aus CFD und MRI
Ergebnis J = (fffy-g)2, b) dessen Gradienten dJ und
c) daraus neue Parameter für Rand/Porosität


Abbildung 1: Das CFD-MRI
Verfahren schematisch, welches durch ein
Abstiegsverfahren gradientenbasiert ein
Topologieoptimierungsproblem löst.

sches Verfahren zur Topologieoptimierung entwickelt und in Form eines effizien-
ten parallelen Algorithmus umgesetzt, welches die numerische Simulation von po-
rösen Medien mit LBM mit einem adjungiert-basierten Ansatz zur Lösung eines
Optimierungsproblems auf Hochleistungsrechnern kombiniert [1].
3. Erste Anwendungen und Verbesserung der Performance
Da die benötigte Rechenzeit bei der Anwendung von entscheidender Bedeutung
ist, wurden mithilfe zweierlei informatischer Optimierungsansätze sowohl die
Single Core Performance als auch die parallele Effizienz entscheidend verbessert
[1]. Durch das Einführen einer neuen Projektion konnten weitere Effizienz- und
Stabilitätsverbesserung erzielt werden, da dadurch die Lösung nun in weniger Op-
timierungsschritten und für beliebige Startwerte erreicht werden kann [3]. Die
Methode wurde in [1,3] durch numerische Testszenarios für einfache und kom-
plexere Geometrien mit unterschiedlich vorhandenen Informationen erfolgreich
validiert. Für die Anwendung auf reale Daten wurden in [5] zudem Daten mit
künstlichem Rauschen anhand von MRI Daten erstellt und getestet. Das Ergebnis
zeigte dabei eine fast vollständige Reduktion des künstlichen Messrauschens.
4. Erweiterungen für medizinische Anwendungsgebiete
Um Anwendungen in der Medizin zu ermöglichen wurden grundlegende Metho-
den implementiert. Dazu gehören Modelle für die Simulation von nicht-newton-
schen Fluiden, wie z. B. Blut, über das sogenannte Power-Law, welches in einem
Testfall in der open-source Bibliothek OpenLB implementiert und veröffentlicht
wurde (www.openlb.net). Des Weiteren wurden Methoden zur Berechnung von
Wandschubspannungen, welche ein wichtiger Indikator für Gefäßerkrankungen
sind, validiert. Außerdem wurden eine Strömung durch die Verzweigung der Bau-

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