Lokale Strömungseigenschaften im kardiovaskulären Bereich können mit Krankheiten und deren Folgen in Verbindung gebracht werden
Strömungssimulator für das Herz (Particle Image Velocimetry)
In einem gesunden Herzen sorgen komplexe dreidimensionale Strömungsmuster für einen effizienten Vorwärtsfluss des Blutes mit geringen Verlusten und verwirbelnden Strömungsmustern. In transparenten Modellen von Herzgeometrien können diese Strömungsmuster untersucht und die Auswirkungen verschiedener Pathologien analysiert werden. Veränderungen in diesen Wirbelströmungsmustern können sogar als Prädiktoren für Herz-Kreislauf-Erkrankungen verwendet werden.
Die verwendete Schlüsseltechnologie ist die Particle Image Velocimetry (PIV), mit der die Auswirkungen von linksventrikulären Unterstützungsgeräten analysiert werden, einschließlich Variationen der Unterstützung, verschiedener Positionen, kontrollierter Geschwindigkeitsmodi und patientenspezifischer Herzgeometrien. In Kombination mit der M3dRES-Infrastruktur werden mögliche Zusammenhänge mit Krankheiten (z.B. Thrombusbildung, Schlaganfall) untersucht.
Computergestützte Strömungsdynamik (CFD)
Parallel zu den experimentellen Strömungsstudien werden numerische Methoden eingesetzt, um weitere Erkenntnisse über die kardiovaskuläre Strömung zu gewinnen. Das allgemeine Ziel ist es, strömungsmechanische Probleme näherungsweise mit numerischen Methoden zu lösen, die am Vienna Scientific Cluster (VSC) durchgeführt werden. Die numerischen Ergebnisse werden mit experimentellen Messungen verschiedener kardiovaskulärer Strömungen validiert. Auswirkungen verschiedener Ventrikelgeometrien, mechanische kardiovaskuläre Unterstützung, Design von Blutflusskanülen und Herzklappen sind nur einige der brennendsten Forschungsthemen.
Patientenspezifische FSI-Simulation des intrakardialen Blutflusses mit einer gesunden Mitralklappe
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Patientenspezifische FSI-Simulation des intrakardialen Blutflusses mit einer verkalkten Mitralklappe
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FSI-Simulation der Aortenklappe
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Verwendung von bioprothetischem Material für Simulatoren und Schulungen
Bioprothetische Klappen und Gewebe sind eine wertvolle Quelle für PatientInnen mit Herzinsuffizienz. Diese Materialien und zusätzlich Schweine-/Rinderherzen oder auch nur Klappen sind eine Quelle für biologisches Gewebe, das experimentelle Untersuchungen in Simulationsschleifen ermöglicht und dazu beitragen kann, Tierversuche zu reduzieren. Die Auswirkungen verschiedener Aortenklappenersatzmaterialien sowie Klappenpathologien können erzeugt und entweder für Forschungszwecke oder als Schulungsinstrument für HerzchirurgInnen oder interventionelle RadiologInnen verwendet werden.
Strömungsvisualisierung (Echo-PIV) mit Ultraschall-Techniken
Die Herzechokardiographie ist die wichtigste bildgebende Routineuntersuchung bei PatientInnen mit Herzinsuffizienz und wird auch zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Herzklappen und Herzmuskelgewebe eingesetzt. Ihre Zuverlässigkeit ist jedoch manchmal nicht bewiesen, insbesondere bei neuen Geräten. Im Versuchsaufbau kann die Leistung neuer Geräte oder Technologien (z.B. Herzklappen, Anastomosentechniken) anhand standardisierter experimenteller Messungen (Particle Image Velocimetry - PIV) getestet und bewertet werden.