Computer-Simulation in 3D: So rauscht die Luft durch die Nase
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„Wenn es um den Einsatz neuer Medizintechnik geht, gehören Deutschlands HNO-Ärzte zu den innovativsten und die deutschen Kliniken zu den modernsten in Europa“, sagt Dr. Dirk Heinrich, Erster Vorsitzender des Deutschen Berufsverbandes der Hals-Nasen-Ohrenärzte.
Modernste Technik, wie man sie aus der Konstruktion von Flugzeugen und Autos kennt, können HNO-Ärzte beispielsweise künftig einsetzen, um Patienten mit Atemproblemen die Operation so leicht wie möglich zu machen. Dem Arzt assistiert dabei der Computer: Mit einer 3D-Animation und einem Strömungsfilm wie beim Wetterbericht. Man muss sich das so ähnlich wie im Windkanal vorstellen – nur dass dieser hier verwinkelt ist: Mit unglaublicher Geschwindigkeit rasen Luftpartikel durch das System, um Kurven und durch Verengungen, also durch die menschliche Nase. Doch wenn die nur unzureichend funktioniert, also das Atmen behindert ist, dann kann in Zukunft eine Technik eingesetzt werden, wie sie tatsächlich an einen Windkanal in der Autoindustrie erinnert. Professor Dr. Werner Heppt, Direktor der HNO-Klinik am Städtischen Klinikum in Karlsruhe, ist einer der ersten, der diese Technik einsetzt: Eine dreidimensionale Strömungssimulation.
Entwickelt wurde die Technik in einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit Spezialisten aus Berlin und der Schweiz (CFD-Projekt). Was sich so futuristisch anhört ist so neu gar nicht mehr. In der Industrie sind Strömungssimulationen quasi an der Tagesordnung. Sie helfen, Autos windschnittiger und Flugzeuge sicherer zu machen. Doch in der Medizin ist es noch ein Novum. Professor Heppt stellte die neuen Möglichkeiten jetzt vor Kollegen beim Berufsverband der Hals-Nasen-Ohrenärzte vor: „Wir sprechen von der OP-Planung der Zukunft. Patienten werden uns fragen, ob wir die Strömung simulieren können.“ Warum? „Weil wir der Meinung sind, dass die Operation dadurch sicherer wird, das Risiko für eine nachträgliche Korrektur damit weiter reduziert werden kann.“
Diese neue Einsatzmöglichkeit von Computer-Simulationen hilft nicht nur Ärzten, sondern macht den Patienten stärker als bisher zum Partner des Arztes, weil er wesentlich besser verstehen wird, was die Ärzte während der Operation tun. Professor Heppt: „Wir werden in naher Zukunft in der Lage sein, dem Patienten seine eigene Atemströmung zu zeigen und genau zu erklären, wie unsere Behandlung funktioniert.“ Doch die Informationsmöglichkeiten gehen noch viel weiter: Der Arzt kann dem Patienten – der ja in der Regel Laie ist – nun auch ganz genau verständlich machen, wo bei der Operation eventuelle Risiken entstehen könnten.
Für den Patienten werden Operationen durch die Simulationstechnik künftig noch sicherer, weil der Arzt schon vor der Operation die Veränderungen der Atemströmung durch einen geplanten Eingriff abschätzen kann. Dazu kommt, dass nicht nur die Nase und deren Umfeld abgebildet und simuliert werden kann. Professor Heppt: „Wir arbeiten aktuell gemeinsam mit der Universität Karlsruhe an einem Gittermodell des gesamten Atemweges bis hin zur Lunge.“
Die Universität Karlsruhe (TH) als führende Universität in Deutschland für Informationstechnologie befasst sich speziell mit der Analyse, Entwicklung und Implementierung effizienter numerischer Verfahren im Bereich des wissenschaftlichen Rechnens. Besonderes Augenmerk liegt auf der Analyse effizienter Lösungsansätze mithilfe derer hochgradig komplexe und rechenintensive Problemstellungen, üblicherweise bei partiellen Differentialgleichungen, gelöst werden.
Zu solchen komplexen Problemstellungen, für die eine hohe Rechnerleistung erforderlich ist, gehören numerische Verfahren in der Strömungsmechanik, insbesondere für reaktive Strömungen und deren Visualisierung, wie sie jetzt bald von Hals-Nasen-Ohrenärzte im großen Stil genutzt werden können.
„Die deutsche Forschungslandschaft ist top aufgestellt, konkurrenz- und zukunftsfähig“, sagt Dr. Dirk Heinrich. Für den Vorsitzenden des HNO-Berufsverbandes spielen die Vorteile für die Patienten eine entscheidende Rolle: „Die Spitzenforschung sorgt dafür, dass die Operationen immer sicherer werden und die Risiken für den Patienten zunehmend geringer. Forscher und Wissenschaftler aus Deutschland sind daran maßgeblich beteiligt“.
Info: Der CFD-Arbeitsgruppe gehören an: Dr. Thomas Hildebrandt (Birkenwerder), Dr. Stefan Zachow (Berlin), Dr. Alexander Steinmann (Berlin), Prof. Dr. Werner Heppt (Karlsruhe).
Mehr Informationen in Internet unter www.rhino-cfd.de.
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Datum: 08.01.2009 - 14:54 Uhr
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