Fluid-Structure-Interaction Modelling of the Heart Hemodynamics using Statistical Shape Models

使用统计形状模型对心脏血流动力学进行流固耦合建模

基本信息

项目摘要

Analysis of cardiac hemodynamics plays an increasing role in diagnosis and treatment of heart diseases. A routine assessment of complex parameters proposed as hemodynamic biomarkers for cardiovascular diseases is currently difficult. However, numerical modeling allows calculation of spatially and temporally resolved information of patient-specific heart function. Various modelling approaches are proposed for analysis of heart function, ranging from simple 0D Lumped Element Models (LEM) to very complex 4D models coupling electro-, structural, and fluid mechanics. The final aim of this project is to allow patient-specific simulations under clinical conditions and thus support physicians during clinical routine. The proposed numerical approach will combine computational fluid dynamics (CFD) and statistical shape models (SSM). SSM allow the description of patient-specific geometries as a superposition of weighted shape modes. It is therefore possible to create a standardized simulation of the left ventricle based on an average shape, which is then personalized by adjusting mesh nodes. Different imaging modalities, namely CT, MRI and echocardiography, are used to parameterize the simulation. The ventricular contraction is modelled using a prescribed motion, meaning the contraction is acquired from image data. Although the shape of the opened aortic and mitral valve leaflets is also described by a shape model, their motion is calculated by means of mechanical finite element simulations, since a time-resolved segmentation of leaflets is often not possible or associated with high uncertainty. Furthermore, the boundary conditions describing pre- and afterload, specifically at the pulmonary veins and aorta, are provided by a personalized LEM. The proposed CFD-SSM numerical approach is flexible and allows identification of an optimal model complexity: simple enough to be applicable in a clinical setting and complex enough to provide required level of information for precise diagnosis and treatment decision. The approach should enable robust and fast simulation of cardiac hemodynamics for clinicians. It has the potential to allow complete automation of patient-specific modelling. Automation will improve usability and minimize all user-related errors. The initial clinical focus of the project are heart valve diseases. The usability of the approach will be shown using in-vitro experiments using MRI for an analysis of hemodynamics in phantom models. The successful realization of the project requires close cooperation between clinical and engineering scientists, which is well established at the Institute of Cardiovascular Computer-assisted Medicine at Charité – Universitätsmedizin Berlin.
心脏血流动力学分析在心脏病的诊断和治疗中发挥着越来越重要的作用,目前对作为心血管疾病血流动力学生物标志物的复杂参数进行常规评估很困难,但是,数值模型可以计算患者特定心脏的空间和时间解析信息。提出了各种建模方法来分析心脏功能,从简单的 0D 集总元件模型 (LEM) 到耦合电、结构和流体力学的非常复杂的 4D 模型,该项目的最终目标是允许患者特定。所提出的数值方法将结合计算流体动力学(CFD)和统计形状模型(SSM),从而将患者特定的几何形状描述为加权形状模式的叠加。因此,可以基于平均形状创建左心室的标准化模拟,然后通过调整网格节点来个性化,即使用 CT、MRI 和超声心动图来参数化模拟。使用规定的运动进行建模,这意味着收缩是从图像数据获取的,尽管打开的主动脉和二尖瓣小叶的形状也由形状模型描述,但它们的运动是通过机械有限元模拟来计算的,因为时间-精确的小叶分割通常是不可能的,或者与高度不确定性相关。此外,描述前负荷和后负荷的边界条件,特别是在肺静脉和主动脉处,是由个性化的 LEM 提供的。所提出的 CFD-SSM 数值方法是灵活的。并允许识别最佳模型复杂性:足够简单以适用于临床环境,并且足够复杂以提供精确诊断和治疗决策所需的信息水平,实现患者特定建模的完全自动化的潜力将提高可用性。并最大限度地减少所有与用户相关的错误。该项目的最初临床重点是心脏瓣膜疾病。该方法的可用性将通过使用 MRI 进行分析来展示。该项目的成功实现需要临床和工程科学家之间的密切合作,这在柏林夏里特医学大学心血管计算机辅助医学研究所得到了很好的支持。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr.-Ing. Leonid Goubergrits其他文献

Professor Dr.-Ing. Leonid Goubergrits的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr.-Ing. Leonid Goubergrits', 18)}}的其他基金

Computer assisted analysis and prediction of the haemodynamic outcome of treatment strategies in congenital heart diseases
先天性心脏病治疗策略血流动力学结果的计算机辅助分析和预测
  • 批准号:
    223533535
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Untersuchung von Strömung, Gefäßgeometrie und Atherosklerose in menschlichen Koronarien
人类冠状动脉血流、血管几何形状和动脉粥样硬化的研究
  • 批准号:
    5419319
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Blood damage and turbulence: in vitro study of the turbulence-induced hemolysis in a Taylor-Couette-System
血液损伤和湍流:Taylor-Couette 系统中湍流引起的溶血的体外研究
  • 批准号:
    507267166
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants

相似国自然基金

猴痘病毒A41L和CrmB蛋白与趋化因子相互作用的结构基础
  • 批准号:
    32360223
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
高阶畸形波与多体浮式结构物相互作用机理及快速预报方法研究
  • 批准号:
    52371321
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
粘土矿物/有机碳纳米结构的相互作用及其对陆源有机碳搬运与封存的影响
  • 批准号:
    42306066
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    20 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于细菌RNAP-σ蛋白-蛋白相互作用抑制剂SIGM-001的结构优化及抗菌活性研究
  • 批准号:
    82304295
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
土木结构加载系统控制-结构相互作用机理与控制策略研究
  • 批准号:
    52378292
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

CAREER: Open-source GPU-accelerated computational infrastructure for coastal fluid-structure interaction in extreme hydrodynamic conditions
职业:极端​​水动力条件下沿海流固耦合的开源 GPU 加速计算基础设施
  • 批准号:
    2338313
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Exploiting fully coupled fluid-structure interaction: optimal wing heterogeneity and efficient flow state estimation in flapping flight
利用完全耦合的流固相互作用:扑翼飞行中的最佳机翼异质性和有效的流动状态估计
  • 批准号:
    2320875
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Fluid Structure Interaction for Applications in Mathematical Biology.
流体结构相互作用在数学生物学中的应用。
  • 批准号:
    2883565
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
BRITE Pivot: Quantum Computing and Machine Learning for Fluid-Structure Interaction Problems
BRITE Pivot:流固耦合问题的量子计算和机器学习
  • 批准号:
    2227496
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Higher order methods for fluid structure interaction problems
流体结构相互作用问题的高阶方法
  • 批准号:
    2309606
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了