Daten- und Simulationsgestützte Exploration, Analyse und Behandlung von Gefäßverengungen zur Prävention von ischämischen Schlaganfällen.

Zeitraum: 15.09.2020 - 14.09.2023

Status: laufend

Web:  Verbundprojekt MLgSA

Projekt in Sciport

Ziel des Verbundprojekts MLgSA ist die Entwicklung von informatischen und mathematischen Analysewerkzeugen für die Verbesserung klinischer Behandlungspfade bei der Exploration, Analyse und Behandlung von Gefäßverengungen, um das daraus resultierende Risiko des ischämischen Schlaganfalls zu reduzieren. Dazu entwickeln wir neue Methoden der Blutflusssimulation und des Maschinellen Lernens sowie neue Optimierungsverfahren für Fluid-Struktur Interaktion (FSI). Basierend auf akquirierten Bilddaten werden wir ein 3D-Modell der Halsschlagader generieren. Darauf aufbauend ist es das Ziel, das Modell für die Blutflusssimulation aufzubereiten und ein Programm zu entwickeln, welches einerseits erlaubt das 3DModell mit den simulierten Blutflussdaten zu explorieren, als auch mit Methoden des Maschinellen Lernens eine Empfehlung für einen operativen Eingriff zu erhalten. Letzteres werden wir mit unseren klinischen Partnern umsetzen, die uns eine Vielzahl klinischer Datensätze zur Verfügung stellen, die - ergänzt um die simulationsbasierten Daten - die Grundlage für eine Einteilung in Schlaganfall- und Nicht-Schlaganfallpatienten bilden. Dies ist die Basis für die Berechnung eines Klassifikators. 

Teilprojekt 4 Hämodynamische Modellierung

Projektleitung Prof. Dr. Anna Hundertmark

Das Teilprojekt der Universität Koblenz-Landau­­­­­ am Campus Landau entwickelt numerische 3D Modelle und Simulationstools für hämodynamische Strömungen in der Karotis unter Einbeziehung von Fluid-Struktur Interaktion für nicht-Newtonsche Fluide. Die Simulationsergebnisse komplementieren die Patientendaten und werden für das Training der ML-Algorithmen exportiert. Außerdem werden die numerischen Simulationen in Kooperation mit dem Teilprojekt am Campus Koblenz  für die  Optimierungsmethoden für Fluid- Struktur Interaktion Probleme verwendet.

MLgSA, Teilprojekt 4  in Sciport

• P. Eulzer, K. Richter, A. Hundertmark, M. Meuschke, and K. Lawonn: Automatic Cutting and Flattening of Carotid Artery Geometries, in  Proceedings of Eurographics Workshop on Visual Computing for Biology and Medicine 2021, doi:10.2312/vcbm.20211347
• T. Probst: Numerische Simulation des Blutflusses in der Karotisarterie mit Comsol Multiphysics, Bachelorarbeit, 2021 (Forschungspreis 2022 für beste Bachelorarbeit in der Kategorie Fachwissenschaften, Fachbereich NUW), Universität Koblenz-Landau
• K. Richter, T. Probst, A. Hundertmark, P. Eulzer and K. Lawonn: Longitudinal wall shear stress evaluation using centerline projection approach in the numerical simulations of the patient-based carotid artery, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 27:3, 347-364, 2024 (submitted 2022, published online 07 Mar 2023)  doi:10.1080/10255842.2023.2185478
• T. Probst T., K. Richter, A. Hundertmark:Utilizing COMSOL® in a workflow to assess stroke risks in a large set of patients carotid arteries, Technical paper, Comsol Conference 2023  
• P. Eulzer, K. Richter, T. Probst, A. Hundertmark, K. Lawonn, A Dataset of Reconstructed Carotid Bifurcation Lumen and Plaque Models with Centerline Tree equipped with Flow Data, 2023,  doi: 10.5281/zenodo.10695923
• P. Eulzer, K. Richter, A. Hundertmark, M. Meuschke, R. Wickenhoefer, C. Klingner, and K. Lawonn:Visualizing Carotid Stenoses for Stroke Treatment and Prevention, EUROVIS 2023 / T. W. Kuhlen and R. G. Raidou, Dirk Bartz prize
• Shiravand, K. Richter, P. Willmann, P. Eulzer, K. Lawonn, A. Hundertmark, G. Cattaneo: Fabrication, characterization and numerical validation of a novel thin-wall hydrogel vessel model for cardiovascular research based on a patient-specific stenotic carotid artery bifurcation, Scientific Reports, 14, 16301 (2024). doi:10.1038/s41598-024-66777-5
• P. Eulzer, K. Richter, A. Hundertmark, R. Wickenhöfer, C. M. Klingner, K. Lawonn: Instantaneous Visual Analysis of Blood Flow in Stenoses Using Morphological Similarity,  Computer Graphics Forum Vol 43 (2024), Nr 3, doi: 10.1111/cgf.15081

• ICIAM Kongress in Tokio 2023: Minisymposium mit dem Titel Mathematical modeling, simulation and optimization in stroke risk assessment (Hinze/Hundertmark)
• TES Conference on Mathematical Optimization for Machine Learning, Berlin 2023: Minisymposium mit dem Titel Mathematical modeling, simulation and optimization in stroke risk assessment.

• GAMM Jahrestagung 2022:  Numerical modeling of patient-based carotid arteryflow with fluid-structure-interaction: hemodynamical risk parameters and compliance study (Richter)
• Kompaktseminar Numerik, JGU Mainz, 2022: Patient-based carotid artery flow and compliance modelling: hemodynamical risk evaluation using longitudinal shear stress (Hundertmark)
• ICIAM 2023, Tokyo: Hemodynamic modeling of directional shear risk metrics in the carotid artery (Hundertmark)
• ICIAM 2023, Tokyo: Physiological flow simulations for stroke assessement and importance of distensiblity (Richter)
• TES Conference on Mathematical Optimization for Machine Learning, Berlin 2023: Modeling of carotid artery hemodynamics towards a CFD database for stroke risk assessment (Hundertmark)
• Comsol Conference 2023, Munich: Utilizing COMSOL® in a Workflow to Assess Stroke Risks in a Large Set of Patient's Carotid Arteries, Poster Presentation (Probst)