Untersuchung der elektromechanischen Heterogenität des Herzens im Computermodell

Projektbeschreibung
Ziel der Diplomarbeit ist die systematische Untersuchung der Ursachen von elektrophysiologischen Heterogenitäten und deren Auswirkungen auf die Mechanik des menschlichen Herzens.
Dazu wird zunächst mittels Literaturrecherche identifiziert, welche elektrophysiologischen, aber auch mechanischen Heterogenitäten im Herzen vorhanden sind. Diese Eigenschaften werden in ein vorhandenes Modell, das die ventrikuläre Elektrophysiologie eines Menschen beschreibt, integriert. Die Parameter eines am IBT entwickelten Kraftmodells werden dann derart angepasst, dass die ermittelten Kraftverläufe mit denen der Realität übereinstimmen. In das elektrophysiologische Modell werden deformationssensitive Ionenkanäle integriert, die eine Rückkopplung der Mechanik auf die Elektrophysiologie wiedergeben.
Der Hauptteil der Arbeit liegt im Bereich der mechanischen Modellierung. Die Herzdeformation wird durch ein Feder-Masse Modell beschrieben. Dieses befindet sich gerade erst in der Entwicklungsphase, so dass ein Teil der Diplomarbeit die Anpassung der nichtlinearen Federn beinhaltet um das Herz mechanisch zu rekonstruieren. Hierbei liegt die Schwierigkeit darin, dass es sich bei dem Herz um ein hyperelastisches inkompressibles Medium handelt. Diese Eigenschaften können bisher ausschließlich über kontinuumsmechanische Gleichungen beschrieben werden, die dazu verwendet werden, geeignete Federeigenschaften zu finden. Ein weiterer Schritt ist dann das effiziente Lösen der Differentialgleichung, die die Bewegung beschreibt. Hierbei soll frei verfügbare Numeriksoftware zum Einsatz kommen. Ein weiterer Schritt ist das Hinzufügen von Randbedin-gungen: Das Herz ist einem sich ändernden Blutdruck ausgesetzt, befindet sich in einem recht starren Herzbeutel und ist über die Vorhöfe und die Blutgefäße fixiert.
Am Ende der Diplomarbeit steht dann die Rekonstruktion eines Versuches, bei dem die elektro-mechanische Heterogenität gezeigt wurde. Ziel der Simulationen soll sein, zu untersuchen, welche Ionenkanäle welchen Einfluss auf die Veränderungen der Mechanik haben und wie die Summation der Ionenkanalheterogenitäten die mechanische Heterogenität generieren.