Numerische Simulationen zur Vorbeugung und Behandlung von Herz-Kreislauf- Erkrankungen



Ähnliche Dokumente
Simulationsgestützte Entwicklung von innovativen Turbomaschinen für CO 2 -freie Kraftwerke

Gruppe. Lineare Block-Codes

Auslegung, Entwurf und Nachrechnung von Hochleistungs-Kreiselpumpen mittels CFturbo und Ansys CFX

Messung und Modellierung von Nebensprechstörungen auf

Funktionsgleichungen folgende Funktionsgleichungen aus der Vorlesung erhält. = e

Vergleich von Computational Fluid Dynamics-Programmen in der Anwendung auf Brandszenarien in Gebäuden. Frederik Rabe, Anja Hofmann, Ulrich Krause

MULTIVAC Kundenportal Ihr Zugang zur MULTIVAC Welt

Computergestützte Modellierung in der kardiovaskulären Medizintechnik*

nonparametrische Tests werden auch verteilungsfreie Tests genannt, da sie keine spezielle Verteilung der Daten in der Population voraussetzen

Nernstscher Verteilungssatz

Ölverteilung im Getriebe Netzlose CFD bietet Potenzial

Ich habe ein Beispiel ähnlich dem der Ansys-Issue [ansys_advantage_vol2_issue3.pdf] durchgeführt. Es stammt aus dem Dokument Rfatigue.pdf.

Flußnetzwerke - Strukturbildung in der natürlichen Umwelt -

1 Definition und Grundbegriffe

Aeroakustische Untersuchung des gekapselten Hubschrauber-Heckrotors für den Vorwärtsflugzustand

Für wen ist dieses Buch? Was ist dieses Buch? Besonderheiten. Neu in dieser Auflage

12 LK Ph / Gr Elektrische Leistung im Wechselstromkreis 1/ ω Additionstheorem: 2 sin 2 2

ERP Cloud Tutorial. E-Commerce ECM ERP SFA EDI. Backup. Preise erfassen.

Numerische Strömungsmechanik mit Z88

Netzwerkstrukturen. Entfernung in Kilometer:

Leitliniengerechte psychosoziale Versorgung aus der Sicht des Krankenhausmanagements

Untersuchungen zum korrelationsbasierten Transitionsmodell in ANSYS CFD

VERGLEICH VON TESTVERFAHREN FÜR DIE DEFORMATIONSANALYSE

Von der Regulation zur Lösung

Projektmanagement / Netzplantechnik Sommersemester 2005 Seite 1

Kreditpunkte-Klausur zur Lehrveranstaltung Projektmanagement (inkl. Netzplantechnik)

Ionenselektive Elektroden (Potentiometrie)

Nomenklatur - Übersicht

Anbindung LMS an Siemens S7. Information

Für jeden reinen, ideal kristallisierten Stoff ist die Entropie am absoluten Nullpunkt gleich

CKE Trainingsbausteine. Portfoliomanagement und Risikomanagement Strom und Erdgas Fünf kreative Tage, die Sie weiterbringen werden

18. Dynamisches Programmieren

Angewandte Strömungssimulation

Physiologie der Atmung. Cem Ekmekcioglu

4. Musterlösung. Problem 1: Kreuzende Schnitte **

Entscheidungsprobleme der Marktforschung (1)

Wirkungsgradsteigerung. von Kohlekraftwerken. mit Hilfe von CFD-Simulationen. der Luft- und Rauchgaskanäle. in bestehenden Anlagen

CFX Berlin Software GmbH Simulationskompetenz aus Berlin

Wechselstrom. Dr. F. Raemy Wechselspannung und Wechselstrom können stets wie folgt dargestellt werden : U t. cos (! t + " I ) = 0 $ " I

Ich melde meinen Sohn / meine Tochter verbindlich für den!biku Osterferien-Intensivkurs 2016 in der Gruppe an:

Simulation einer Außenzahnradpumpe mit TwinMesh und ANSYS CFX

Ziel. Tumorpatienten leiden unter bedeutsamen psychischen Belastungen. Diese Patienten werden in der Regel im Rahmen der

2. Nullstellensuche. Eines der ältesten numerischen Probleme stellt die Bestimmung der Nullstellen einer Funktion f(x) = 0 dar.

Untersuchung der Auswahl der Hauptfreiheitsgrade zum Import eines Modells von ANSYS nach SIMPACK

Optimierungsbasierte Regelung eines reaktiven Simulated Moving Bed Prozesses zur Glukoseisomerisierung

Protokoll Frage (Aufgabentyp 1 Allgemeine Frage):

IT- und Fachwissen: Was zusammengehört, muss wieder zusammenwachsen.

Institut für Computational Engineering ICE. N ä h e r d ra n a m S ys t e m d e r Te c h n i k d e r Z u ku n f t. w w w. n t b.

Sprinkleranlagen Trends und Entwicklung Anwendbare Regelwerke in Deutschland und in Europa. Jörg Wilms-Vahrenhorst

Polygonalisierung einer Kugel. Verfahren für die Polygonalisierung einer Kugel. Eldar Sultanow, Universität Potsdam,

Optimierung eines Radialventilators mit optislang und ANSYS CFD

Neue Prozesse im Bereich Simulation Blechumformung.

1. Systematisierung der Verzinsungsarten. 2 Jährliche Verzinsung. 5 Aufgaben zur Zinsrechnung Jährliche Verzinsung mit einfachen Zinsen

Toolgestützte Prozessdokumentation. Prozessorientiertes E-Government, Joel Meir,

Bearbeiten elektronische Rechnungen (Invoices)

Die Kür des Transportmanagements: Strategische Netzwerkplanung und welche Einsparungen Sie damit erzielen können

WEGWEISER ZUR EINLAGERUNG VON NABELSCHNURBLUT UND -GEWEBE

Kopplung von Prozesssimulation und CFD zur detaillierten Darstellung eines super-überkritischen Steinkohlekraftwerks

Die Deformation von Weichgewebe der Brust

Sumatriptan Antrag auf Freistellung von der Verschreibungspflicht mit Beschränkungen

Fallstudie 1 Diskrete Verteilungen Abgabe: Aufgabentext und Lösungen schriftlich bis zum

Zinseszinsformel (Abschnitt 1.2) Begriffe und Symbole der Zinsrechnung. Die vier Fragestellungen der Zinseszinsrechnung 4. Investition & Finanzierung

Prüftemperatur und Einsatztemperatur

3.2 Die Kennzeichnung von Partikeln Partikelmerkmale

Simulation von CO 2 -Schneestrahldüsen

Optimierung und Fertigung eines Bogenmittelteils aus einer Magnesiumlegierung

SteigLeitern Systemteile

wissenschaftliche Einrichtung elektronik

Inhalt. CADFEM & ANSYS Numerische Simulationen: Wie und warum? Analyse eines Strömungssensors in ANSYS Workbench

Laserschneiddüsen. CFD-Simulation der Wechselwirkung zwischen einer supersonischen Düsenströmung und einem festen Werkstück

Kapitel 15: Geldpolitische Instrumente

>> osteopathie marion wolter >> heilpraktikerin

1) Mit welcher Zahl muss 18 multipliziert werden, um 234 zu erhalten? Kontrolliere! 2) Finde die Zahl, mit der 171 multipliziert werden muss, um 4104

Intelligente Lastmesssysteme für Messe- und Veranstaltungszentren

Erythrozyten-Verformbarkeit und Training

1 Einleitung. 1.1 Motivation und Zielsetzung der Untersuchung

Numerische Berechnungen der Windumströmung des ZENDOME 150. Dr.-Ing. Leonid Goubergrits Dipl.-Ing. Christoph Lederer

Moderne MRT-Bildauswertung mit appmri Hippocampus Volume Analyser.

CKE Trainingsbausteine. Energieeffizienz und Contracting Nutzung von Markttrends zur Kundenbindung

Wir arbeiten mit Freude, an den Lösungen, für unsere Kunden.

Lineare Regression (1) - Einführung I -

TERMINAL als Zweit-Operator-Panel

Letzte Meile & Drohnen

1.2 Verhalten nahe T=0, Fermi-Druck

Grundlagen der makroökonomischen Analyse kleiner offener Volkswirtschaften

d da B A Die gesamte Erscheinung der magnetischen Feldlinien bezeichnet man als magnetischen Fluss. = 1 V s = 1 Wb

Online-Services Vorteile für Mandanten im Überblick

Übung 7: Xylophon, Modalanalyse, ANSYS

Stichprobenauslegung. für stetige und binäre Datentypen

Online-Services Vorteile für Mandanten im Überblick

Online-Standortbestimmung zur Pensionierung

Leseproben aus dem Buch: "Kanban mit System zur optimalen Lieferkette" Dr. Thomas Klevers, MI-Wirtschaftsbuch

Auslegung, Entwurf, Nachrechnung und Optimierung einer Hochdruck-Turboverdichterstufe

Qualitative Evaluation einer interkulturellen Trainingseinheit

Einführung in die Finanzmathematik

Numerische Berechnung der Strömungs- und Temperaturverhältnisse. rippengekühlten Elektromotor

und Optimierung von Schiffsantrieben

Die mathematischen Grundlagen der Wellenmechanik

Verkehrssimulation als Instrument zur Unfallvorhersage. Jens Lauterbach M.Eng.

Hubeinrichtung. FEM-Berechnung Hubbrücke

Transkript:

Numersche Smulatonen zur Vorbeugung und Behandlung von Herz-Kreslauf- Erkrankungen Dr.rer.medc Dpl.-Phys. Tm A.S. Kaufmann Cardovascular Engneerng, Appled Medcal Engneerng

Klnscher Hntergrund Herz-Kreslauf-Erkrankungen (HKE) snd de häufgste Todesursache n hoch-technologserten Ländern Vele deser Tode können verhndert werden Lebensqualtät der Patenten erhöhen Todesrate von HKE n ncht-entwckelten Ländern sogar noch höher Bespel Herznsuffzenz Medkamentöse Behandlung Herz-Unterstützungs-Systeme Demographsche Entwcklung Erhöhte Nachfrage an bomedznschen Produkten Neue Anforderungen an Produkte [Slaughter009] Notwendgket / Potental für Forschung und Entwcklung

Enletung Menschlche Körper als komplexes System Komplexe (oft unbekannte) Zusammenhänge Ethsche Verpflchtung zur Vorscht Velfältge Methoden Klnsche Studen Terexpermente Expermentelle Studen Partcle Image Velocmetry (PIV) Mock Crculaton Loops (MCL) Blutversuche Numersche Smulatonen 3

Enletung Aufbau ener Herz-Lungen-Maschne Kanülerung Pumpe Kardoreservor Wärmetauscher Oxygenator 4

Enletung Blut als Strömungsmedum Egenschaften enes Organs Ncht-Newtonsches Fleßverhalten Korpuskuläre Antele Blutschädgung (Hämolyse) Sauerstofftransport (Erythrozyten) Thrombenbldung (Thrombozyten) Lösungsansätze Kontnuerlches, Newtonsches Flud Kontnuerlches, ncht-newtonsches Flud Mehrphasenmodell 5

Überscht Pumpen Blutpumpen Rotatorsche Pumpen (RPB) Hydraulsche Egenschaften Hämolyse (Blutschädgung) Total Artfcal Heart ( Kunstherz ) Oxygenatoren Oxygenatoren Strömungsoptmerung Stoffaustausch (O, CO ) Herzklappen FEM, CFD, FSI Thrombogenserung Kanülerung Interakton / Physologsche Kontrolle Embolen Herzklappen Kanülerung 6

Überscht Pumpen Blutpumpen Rotatorsche Pumpen (RPB) Hydraulsche Egenschaften Hämolyse (Blutschädgung) Total Artfcal Heart ( Kunstherz ) Oxygenatoren Strömungsoptmerung Stoffaustausch (O, CO ) Herzklappen FEM, CFD, FSI Thrombogenserung Kanülerung Interakton / Physologsche Kontrolle Embolen 7

Blutpumpen: RPB CAD, Pro/E Wldfre 5.0, Parametrc Technology Corporaton (PTC) Hybrd Meshng, ICEM CFD, ANSYS Europe Ltd. Smulaton Valderung Solver, CFX 13.0, ANSYS Europe Ltd. 8

Randbedngungen Inlet flow Outlet pressure RPM Turbulenzmodell Blutmodell RPB: Modellerung Numercal model 0 mm Hg 4. - 5.4 L/mn Turbulenz RANS (SST) 110 mm Hg 400 rpm Blutmodell für RBPs Kontnuerlches Flud Newtonsches Fleßverhalten 4. - 5.4 L/mn 9

RPB: Auswertung Strömungsprofle und -raten Druckaufbau Effzenz Rotordesgn Kräfte Lagerungsdesgn 0.1N Hämolyse 10

Hämolyse #1 Euler Ansatz Globaler Beobachter Defnton von krtschen Volumen Verweldauer von Erythrozyten n desen Volumen V D crtcal V V K v v, ( V ) / v t t V crtcal crtcal V doman V t K,v,t Volume equvalent stress exposure tme free parameters 11

Hämolyse # Lagrange Ansatz Mtwandernder Beobachter Partcle tracks n CFD Addton der Scherbelastung für verschedene Partkelpfade D D K total, n t v v D t, n equvalent stress t exposure tme K,v,t free parameters 1

Blutpumpen: TAH FEM Membranknematk Materal, Verformung, Dauerfestgket Ausdehnung der Pumpkammer Verschleß der Motorfedern Auswaschung der Pumpkammer Flud-Structure-Interacton Membran Herzklappen Valderung Partcle Image Velocmetry Materalprüfung Dauertests 13

Überscht Blutpumpen Rotatorsche Pumpen (RPB) Hydraulsche Egenschaften Hämolyse (Blutschädgung) Total Artfcal Heart ( Kunstherz ) Oxygenatoren Oxygenatoren Strömungsoptmerung Stoffaustausch (O, CO ) Herzklappen FEM, CFD, FSI Thrombogenserung Kanülerung Interakton / Physologsche Kontrolle Embolen 14

Modul-Smulatonen Anschlüsse Wärmetauscher Bläschenfalle Oxygenator Massentransport Desgnoptmerung Oxygenatoren 15, 1 1 PO SO D D O Plasma O total 3 1 1 PCO C α + PCO C α D + D = D CO CO CO CO HCO CO CO total,

Volume flow [ml/h] Vaslef et al. CFD In vtro Volume flow [ml/h] Svtek et al. CFD In vtro Oxygenatoren Valderung der Oxygenatorsmulatonen Faseranordnung Isotrop/Ansotrop Poröstät Separate Netze statt porösem Medum Verglech der Gasaustauschraten 18 60 16 14 O 50 CO 1 40 10 8 30 6 0 4 10 0 60 ml/h 80 ml/h 100 ml/h Flud flow rate 0 60 ml/h 80 ml/h 100 ml/h Flud flow rate 16

Überscht Blutpumpen Rotatorsche Pumpen (RPB) Hydraulsche Egenschaften Hämolyse (Blutschädgung) Total Artfcal Heart ( Kunstherz ) Oxygenatoren Strömungsoptmerung Stoffaustausch (O, CO ) Herzklappen FEM, CFD, FSI Thrombogenserung Herzklappen Kanülerung Interakton / Physologsche Kontrolle Embolen 17

Herzklappen FEM Klappen Segelknematk, Schleßverhalten Stents Stabltät, Crmpng CFD (FSI) Kopplung zu expermentellen Daten Thrombogenserung Valderung Druckmessungen Partcle Image Velocmetry Thrombosetester 18

Überscht Blutpumpen Rotatorsche Pumpen (RPB) Hydraulsche Egenschaften Hämolyse (Blutschädgung) Total Artfcal Heart ( Kunstherz ) Oxygenatoren Strömungsoptmerung Stoffaustausch (O, CO ) Herzklappen FEM, CFD, FSI Thrombogenserung Kanülerung Interakton / Physologsche Kontrolle Embolen Kanülerung 19

Kanülerung Erste Kanülerungssmulatonen Modellerstellung aus MRI/CT Daten Strömungssmulaton für Ausflussund Dranagekanülen Kanülenposton Inlet Strömungsprofl Zerebraler Blutfluss Wandschubspannung Aktuelle Smulatonen Wndkessel-Funkton Embolen Autoregulaton 0

Kanülerung Wndkessel-Funkton 5 Erste FSI Smulatonen mt verenfachten Materalmodellen 6-Parameter Mooney-Rvln hyperelastsches Materalmodell 0 mm Embolen Partcle tracks Kanülenposton und -ausrchtung Partkelgröße und -dchte Schlaganfall / Herznfarkt 1

Systemsche Autoregulaton Autoregulaton Druckverlust durch systemschen Wderstand (Darcy-Wesbach) 1 n P L U n Flussabhängger normerter Massenstrom m m m m act, phys, L n a a m a m 0, 1,,... an, m n Modellerung des flussabhänggen vaskulären Wderstands 0 P 80mmHg

Zerebrale Autoregulaton CBF actual = l reg *( CPP actual CPP deal ) 3 CBF deal Acceptable CBF Crtcal closng pressure 3

Zerebrale Autoregulaton CBF actual = l reg *( CPP actual CPP deal ) 3 CBF deal Baselne 4

Partcle Image Velocmetry Valderung mt PIV CAD Physkalsches Modell Slkon- Negatv PIV Analyse 5

Partcle Image Velocmetry Valderung mt PIV CFD PIV Abwechung <10% 6

Mock Crculaton Loop Valderung mt MCL Schema CAD Mock Crculaton Loop Randbedngungen müssen überenstmmen Physologsche Bedngungen Qualtatver Verglech möglch 7

Zusammenfassung Herz-Kreslauf-Erkrankungen (HKE) snd de häufgste Todesursache n hochtechnologserten Ländern De Relevanz bomedznscher Forschung st evdent Numersche Smulatonen snd essenteller Bestandtel bomedznscher Forschung Optmerung und Entwcklung medznscher Geräte Blutpumpen, Herzklappen, Oxygenatoren, Smulaton von Blutflüssen und -Drücken Analyse der Blutschädgung und Thrombogenserung Berechnung des Gasaustausches und Partkelverhaltens Valderung von numerschen Smulatonen zwngend nötg 8

Kontakt Dr.rer.medc Dpl.-Phys. Tm A.S. Kaufmann Pauwelsstraße 0 5074 Aachen Tel.: 041 80 80540 Fax.: 041 80 844 Emal: kaufmann@ha.rwth-aachen.de 9