Forscher bei NEC sind auf den Spuren des Schlaganfalles einen Schritt weiter und haben ein neues Rechenmodell entwickelt, mit dem sich Blutverklumpung und Blutströmungen gleichzeitig simulieren lassen. Diese neue Entwicklung bringt ganz neue Erkenntnisse über die Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
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Ablagerungen von Blutfetten, Blutgerinnseln, Bindegewebe und Kalk in den Gefäßwänden führen zur Arteriosklerose. Jahrelang kann man diese, sich dynamisch auswirkende Krankheit, mit sich führen, ohne auch nur das Geringste zu bemerken. Erst nach Jahren kommt es zu Symptomen, die darauf schließen lassen, dass es sich um eine Sauerstoffunterversorgung handeln könnte. Diese Unterversorgung des Blutkreislaufes und damit die Nichtversorgung des Herzens können dann zum Infarkt und auch zum Tode führen. Die zugrunde liegenden physikalischen und chemischen Prozesse sollen mit Hilfe von Computersimulationen und im Rahmen eines gemeinsamen europäischen Forschungsprojektes untersucht werden. Am Projekt sind 29 europäische und fünf nichteuropäische Institutionen, Universitäten und Forschungsinstitute beteiligt. Sie bilden das Projekt „@neurIST“ (Integrated Biomedical Informatics in the Management of Cerebral Aneurysmus)
„Aneurysmen treten, durch die erhöhte Verletzungsgefahr, vermehrt bei Sportlern auf.“
Unsere Hochleistungsschläuche, die Adern, sind keine bloßen Rohre für das Blut. Fördern sie doch den Lebenssaft unter hohem Druck bis in die letzten Winkel des Körpers. Aber kleine Veränderungen der Gefäßform haben schnelle und gefährliche Folgen. Die so genannten Aneurysmen sind Ausbeulungen der Aderwände, die sich unter dem Pulsschlag immer weiter ausdehnen und schließlich platzen. Sportler sind durch die erhöhte Verletzungsgefahr und die dadurch auftretenden Veränderungen im Körperinneren - besonders gefährdet.
Computersysteme zur Unterstützung in Krankenhäusern?
Eine individuelle Patientenbehandlung wird in Zukunft vielleicht über Computersysteme und deren Programme im Krankenhaus Unterstützung finden? Der Abruf des notwendigen Services wird hierbei vorausgesetzt. Guy Lonsdale, General Manager von NEC in St. Augustin, bekräftigte diese These: „Um komplexe computergestützte Analysen und Behandlungsmethoden möglich zu machen, benötigen Krankenhäuser vor allem exakte Regeln und umfassende Informationssysteme – etwa eine Grid-Architektur mit genau definierten Zugangsrechten und einer hohen Kommunikationssicherheit.“
Solche notwendigen Berechnungen sind sehr komplex und können nur von Supercomputern übernommen werden. Einer dieser Superrechner steht im Hochleistungsrechenzentrum in Stuttgart (HLRS). Eine Zusammenarbeit zwischen der Forschungsabteilung von NEC in St. Augustin und dem HLRS hat dazu geführt, ein mathematisches Verfahren zu entwickeln, das den Blutfluss und die Blutgerinnung innerhalb eines mathematischen Modells darstellen kann.
Dabei stützen sich die beteiligten Mitarbeiter auf das so genannte Lattice Boltzmann Verfahren, eine Methode zur Strömungssimulation, die sich auf die Gesetze der statistischen Mechanik stützt, indem sie den Effekt von Wechselwirkenden Fluidpartikeln simuliert. Der eigentliche Strömungslöser wurde um ein Modell von Alterungs- und Verklumpungsprozessen erweitert, die wiederum von den biologischen Prozessen abgeleitet wurden.
Die Ausgangsannahme war hier, dass Blutpartikel durch Hindernisse aufgehalten und dadurch bewegungsunfähig werden. Wenn diese Blutpartikel nun eine längere Zeit an einer Stelle ausharren, können diese verklumpen. Um diese und andere Behandlungsformen zu verbessern, wird das @neurIST Projekt Methoden entwickeln, die eine virtuelle Operation mit Stents oder anderen medizinischen Werkzeugen an Patienten ermöglichen. Der Eingriff, beispielsweise per Stents, ist bisher sehr gefährlich und es kam in der Vergangenheit immer wieder zu Todesfällen nach einer solchen OP. Aber auch ein zusätzliches Projekt namens COAST beschäftigt sich mit diesen komplizierten Aufgabenstellungen. Hier liegt der Schwerpunkt bei der Restenosierung, d.h. die Blutverklumpung, die nach dem Eingriff per Stents entstehen kann.
„Wir sind jetzt zum ersten Mal in der Lage, den Prozess der Blutverklumpung und die Rückwirkungen der Verklumpung auf die Strömung innerhalb eines Modells zu berechnen“ sagte Guy Lonsdale weiter.
In Europa sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen noch immer die Todesursache Nummer Eins. Wer rechtzeitig informiert ist und handelt, kann vielen dieser lebensbedrohenden Krankheiten vorbeugen bzw. schwere Komplikationen vermeiden. 17 Millionen Todesopfer weltweit haben NEC dazu gebracht noch intensiver nach einer Möglichkeit zu forschen, die sich auch langfristig für die Menschen etabliert soll.
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