Entscheidungshilfe bei OPs

Supercomputer simulieren die Luftströmung in der Nase

| Redakteur: Hendrik Härter

Als eine Entscheidungshilfe bei einer möglichen Nasenopertion dient die Simulation der Luftströmung durch die Nase. Zum Einsatz kommen dazu Supercomputer.
Als eine Entscheidungshilfe bei einer möglichen Nasenopertion dient die Simulation der Luftströmung durch die Nase. Zum Einsatz kommen dazu Supercomputer. (Bild: Forschungszentrum Jülich / J. H. Göbbe)

Mit Hilfe von Supercomputern wollen Forscher 3D-Modelle der Nase und die Luftströmung simulieren. Die Ergebnisse sollen den Ärzten als Entscheidung bei Operationen dienen.

Herbstzeit ist Erkältungszeit. In den meisten Fällen ist die verstopfte Nase nach ein paar Tagen wieder frei. Doch nicht immer sind die Beschwerden so schnell wieder verschwunden. Bei etwa 11 Prozent der Deutschen ist die Behinderung der Nasenatmung chronisch.

Über 100.000 Operationen werden in Deutschland jährlich an der Nasenhöhle oder den Nasennebenhöhlen durchgeführt [1]. Die Fehlerrate bei solchen Eingriffen ist mit schätzungsweise 30 Prozent recht hoch [2] [3] und die gegenwärtige Diagnostik ist nicht aussagekräftig genug. Für die Diagnose kommen zumeist Methoden der medizinischen Bildgebung oder rein optische Verfahren zum Einsatz, die keinerlei Information über die Strömungsverhältnisse liefern.

Strömungen in der Nase simulieren

„Die richtige Einschätzung der Erfolgschance einer OP hängt momentan noch sehr stark ab von der Ausbildung und Erfahrung des praktizierenden Arztes“, erläutert Projektkoordinator Jens Henrik Göbbert vom Jülich Supercomputing Centre (JSC). „In Rhinodiagnost wollen wir patientenindividuelle Strömungssimulationen auf der Basis von computertomographischen Aufnahmen ermöglichen, die ein ganzheitliches Bild der Strömungsverhältnisse in der Nase vermitteln und mit denen sich der Effekt von anatomischen Veränderungen darstellen lässt.“

Die gesunde, natürliche geformte Nase ist eine Art strömungsmechanisches Wunderwerk, deren vielfältige Funktionen durch eine OP leicht beeinträchtigt werden können. Auf einer Strecke von nicht einmal 10 cm befeuchtet die Nase die eingeatmete Luft und erwärmt sie auf Körpertemperatur, selbst dann, wenn außen Minusgrade herrschen. Die Simulation der Luftströmung auf Superrechnern ist technisch bereits ausgereift und könnte als zusätzliche Entscheidungshilfe dazu beitragen, den Erfolg von Operationen besser als bisher vorherzusagen, unnötige Eingriffe zu vermeiden und Operationen individuell anzupassen.

Forscher des Jülich Supercomputing Centre (JSC) und des Aerodynamischen Instituts (AIA) der RWTH Aachen entwickeln in Rhinodiagnost die dazu notwendigen Softwarekomponenten, die es Ärzten ermöglichen, Simulationsdaten auf Höchstleistungsrechnern interaktiv und zielgerichtet zu nutzen. Darüber hinaus ist die Demonstration virtueller Operationen geplant, bei denen sich relevante Strömungsparameter in Echtzeit anzeigen und analysieren lassen. Ziel ist der Aufbau eines Service-Netzwerks, um individuelle 3-D-Modelle und Simulationen der Luftströmung innerhalb der Nase auf Supercomputern als eine zusätzliche Entscheidungshilfe den Ärzten anzubieten.

Als Projektpartner aus der Industrie sind die deutschen Unternehmen Sutter Medizintechnik und Med Contact sowie die österreichische Angewandte Informationstechnik Forschungsgesellschaft beteiligt, die das im September 2017 gestartete Projekt koordiniert.

Dieser Beitrag erschien zuerst in unserem Partnerportal Elektronikpraxis.

Referenzen

[1] Statistisches Bundesamt: Fallpauschalenbezogene Krankenhausstatistik (DRG-Statistik), Operationen und Prozeduren der vollstationären Patientinnen und Patienten in Krankenhäusern, erschienen am 28.10.2016, korrigiert am 19.01.2017[2] Smith, T. L., Kern, R. C., Palmer, J. N., Schlosser, R. J., Chandra, R. K., Chiu, A. G., ... Stankiewicz, J. A. (2011). Medical therapy vs surgery for chronic rhinosinusitis: A prospective, multi-institutional study. International Forum of Allergy and Rhinology, 1(4), 235-241. DOI: 10.1002/alr.20063 [3] Sinuwave, Summary of U.S. Market Statistics
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