Abstract:

Computermodelle können zum besseren Verständnis der Herzphysiologie beitragen und damit helfen, geeignete Therapien zu finden oder vorhandene Therapien zu verbessern. Diese Modelle können ferner verwendet werden, um die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Herz und Kreislaufsystem zu untersuchen. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurden bereits mehrere solcher Modelle entwickelt, die unterschiedliche Mechanismen der Herzfunktion wie beispielsweise die Deformation, den Blutfluss oder die elektrische Akti- vierung und Repolarisation simulieren. Um die physiologischen Gegebenheiten annähernd realistisch abzubilden, ist es notwendig, das Zusammenwirken dieser Modelle nachzuvollzie- hen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Modellen der Mechanik und der Fluiddynamik. Der Ausgangspunkt war folgender: Im bereits vorhandenen parametrischen Kreislaufmodell (Mechanik) basiert die Mitralklappenimplementierung auf Parametern, die ursprünglich für die Aortenklappe optimiert worden waren. Der Zweck dieser Arbeit bestand darin, die mathematische Beschreibung der Aortenklappe für die Mitralklappe anzupassen. Dafür wurde ein vereinfachtes Modell des Kreislaufsystems implementiert, das den linken Vorhof, die Mitralklappe und den linken Ventrikel umfasst. Der Druckverlauf im linken Ventrikel wurde mit der mechanischen Simulation unter Vorgabe unterschiedlicher Drücke im Vor- hof nachgebildet. Anschließend wurden die Ergebnisse der mechanischen Simulation als Grundlage für die fluiddynamische Simulation verwendet. Durch den Vergleich der Drucker- gebnisse der beiden Simulationen wurde das Klappenmodell bewertet, und die Parameter der Mitralklappenbeschreibung wurden optimiert. Die zugrundeliegende Annahme war, dass die fluiddynamische Simulation das Klappenverhalten annähernd realistisch abbildet. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Veränderung der Mitralklappenimplementierung die Mechanik zwar beeinflusst wurde, allerdings weniger als erwartet. Auf die Ergebnisse der fluiddynamischen Simulation hatten diese Änderungen dagegen einen wesentlich stärkeren Einfluss. Es lässt sich schlussfolgern, dass die Anpassung der Mitralklappenimplementie- rung das Zusammenwirken der beiden Simulationen erheblich verbessert hat. Auch wenn diese Modelle nicht in der Lage sind, die Wirkungen und Wechselwirkungen des Herz- Kreislaufsystems vollständig zu beschreiben, so hat diese Arbeit doch einen Beitrag geleistet, das mechanische und das fluiddynamische Modell aufeinander abzustimmen und deren Wechselwirkung besser nachzuvollziehen.