Modellierung von Gewebebewegungen und Blutfluss für die klappenerhaltende Rekonstruktion der Aortenwurzel

Projektbeschreibung

Simulierte Aortaklappe

Ziel dieses Teilprojektes ist die computergestützte Planung der klappenerhaltenden Rekonstruktion der Aortenwurzel. Die Planung soll die Auswahl einer geeigneten Prothese auf Basis der patientenindividuellen Geometrie ermöglichen, um nach dem Eingriff eine statisch und dynamisch optimale Klappenfunktion zu erreichen.

Eine Behandlungsoption bei einer Insuffizienz der Aortenklappe ist die Rekonstruktion der Aortenwurzel bei Erhalt der eigenen Klappe. Die Wurzel der Aorta oberhalb der Klappe wird dabei mittels einer Prothese neu modelliert. Bislang wird diese Prothese basierend auf der Erfahrung des Operateurs während der Operation patientenspezifisch angepasst. Durch den Eingriff kann potentiell ein guter Behandlungserfolg erzielt werden. Die Operationstechnik ist allerdings aufwendig und erfordert einige Erfahrung des Chirurgen, weil sich der Erfolg in situ am stillgelegten, nicht durchbluteten Herzen nicht hinreichend testen lässt.

Projektziel ist es, die Grundlagen für ein System zur systematischen präoperativen Planung zu erarbeiten. Dazu soll die Ausgangsgeometrie im statischen Belastungszustand sowie die dynamische Bewegung der Aortenwurzel und -klappe mittels verschiedener Bildgebungsverfahren bestimmt werden. Für verschiedene Operationsszenarien soll die statische und dynamische Veränderung modelliert und simuliert werden. Die Entwicklung des Systems erfolgt an Aortenwurzeln von Hausschweinen (ex vivo), da diese der menschlichen Anatomie hinreichend ähnlich sind. Für den Aufbau eines Geometriemodells werden Volumendaten aus hochaufgelöster Computertomographie (CT), 3D Echokardiographie und Mikro-CT eingesetzt. Die Parametrisierung und Validierung der mechanischen Simulation erfolgt für den statischen Belastungszustand mit Hilfe von Echokardiographie. Maßgebliche Modalität bei der Entwicklung eines fluiddynamischen Simulationsmodells ist die funktionelle kardiale Phasenkontrast-Magnetresonanztomographie.

Bild (1) Schematische Darstellung der Erstellung eines patienten-individuellen Herzklappenmodells, (2) Silikonabguss und CT-Rekonstruktion einer Aortenwurzel und daraus resultierende Modelle (3) Geometrische Parameter aus einer TEE-Aufnahme der Aortenwurzel und daraus resultierendes Segelklappenmodell.

Veröffentlichungen

Ansprechpartner

Jannis Hagenah
Haus 64 / Raum 89 +49 451 31015215


Ehemalige Projektmitarbeiter
  • Birgit Stender
  • Hamid Hadjar

2014

Jannis Hagenah, Michael Scharfschwerdt, Christoph Metzner, Alexander Schlaefer, HH Sievers and Achim Schweikard, An approach for patient specific modeling of the aortic valve leaflets, in: BioMedTec Studierendentagung, 2014
[Bib|RIS]
Jannis Hagenah, Michael Scharfschwerdt, Christoph Metzner, Alexander Schlaefer, HH Sievers and Achim Schweikard, An approach for patient specific modeling of the aortic valve leaflets, GRIN Verlag, 2014
[Bib|RIS]

2013

Jannis Hagenah, Michael Scharfschwerdt, Birgit Stender, Sven Ott, R Friedl, HH Sievers and Alexander Schlaefer, A setup for ultrasound based assessment of the aortic root geometry, 2013
[Bib|RIS]
Bo Wang, Birgit Stender, T Long, Z Zhang and Alexander Schlaefer, An approach to validate ultrasound surface segmentation of the heart, 2013
[Bib|RIS]
Jannis Hagenah, Erstellung eines patientenindividuellen Modells der Aortenklappe, Universität zu Lübeck, 2013
[Bib|RIS]
Birgit Stender, Floris Ernst, Bo Wang, Z. X. Zhang and Alexander Schlaefer, Motion compensation of optical mapping signals from isolated beating rat hearts, in: Applications of Digital Image Processing XXXVI, SPIE, San Diego, CA, pages 88561C-1 - 88561C-6, SPIE, 2013
[DOI]
[Bib|RIS]

2012

2011

Birgit Stender, Michael Scharfschwerdt, Floris Ernst, Ralf Bruder, Hamid Hadjar and Alexander Schlaefer, Optical Imaging of Cardiac Function: System setup and calibration, in: Proceedings of the 25th International Congress and Exhibition on Computer Assisted Radiology and Surgery ({CARS}'11), Berlin, Germany, pages S42-S43, 2011
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