Model of the aerodynamics of the nose based on cross sectional imaging for planning of surgical therapy of a restriction of nasal ventilation

• Applicant: Professor Dr. Berthold Wein
• Subject Area: Nuclear Medicine, Radiotherapy, Radiobiology ; Otolaryngology, Phoniatrics and Audiology
• Term: from 2003 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5405634

In einer interdisziplinären Arbeitsgruppe zwischen Medizinern, Strömungsmechanikern und Informatikern soll eine objektive Messmethode zur Darstellung der komplexen Strömungsverhältnisse in der Nase entwickelt werden, die eine lokalisierende und quantifizierende Beurteilung von Strömungshindernissen erlaubt. Die exakten Lokalisierungen dieser Strömungshindernisse sollen in Zukunft Operationsplanung und -navigation genutzt werden, um ein minimal invasives Vorgehen bei gleichzeitig höchster Effektivität und bestem Kosten-Nutzen-Verhältnis der gezielten Umgestaltung des Nasenkanales zu erreichen. In der ersten Forschungsphase umfasst das Projekt drei Bestandteile: Zum ersten sollen verbesserte Modelle der Nasenhöhle aus radiologischen Schichtbilddaten erstellt werden. Hierzu ist eine Weiterentwicklung der radiologischen Aufnahmetechnik sowie der Einsatz moderner Segmentierungsverfahren erforderlich und im Vorhaben geplant. Ein Datenarchiv mit klinisch korrelierten Schnittbilddatensätzen (Computertomographie und Kernspintomographie) von Nasenhöhlen soll zur weiteren Auswertung und Abschätzung der Variationen angelegt werden. Zum zweiten soll das grundsätzliche Verständnis für die Strömungsvorgänge in der Nasenhaupthöhle weiterentwickelt werden. Hierzu sind sowohl experimentelle Untersuchungen an Nasenmodellen als auch Fortentwicklungen numerischer Simulationsverfahren vorgesehen. Zum dritten sollen die an Hand der virtuellen Realität aufbereiteten Strömungsvorgänge in der Nase mit Medizinern eingehend diskutiert werden, um im direkten Dialog Ingenieurwissenschaft/Medizin typische operative Strategien in die Auslegung eines zukünftigen computergestützten Operationssystems einfließen zu lassen. Hierzu dient eine Weiterentwicklung der rechnerbasierten Interaktionselemente und Visualisierungstools. In einem auf die Ergebnisse der ersten Förderperiode aufbauenden Antrag soll die klinische Anwendung der in dem hier vorgestellten Projekt geschaffenen Systeme vorbereitet und validiert werden. Hierzu sollen durch prä- und postoperative Nasen-Untersuchungen mittels Computertomographie und/oder Kernspintomographie 3D-Modelle der Nase erstellt und bezüglich ihrer Strömungseigenschaften simuliert werden. Es soll eine Korrelation der gefundenen Ergebnisse mit der Einschätzung der Patientenempfindung und -zufriedenheit stattfinden. Durch exakte Analyse dieser Ergebnisse wird die Umsetzung zur Verfeinerung der Operationsplanung erreicht. Gleichzeitig soll durch Rückkopplung zu den Operateuren eine Verbesserung der Operationstechnik angestrebt werden. Die Arbeiten dieses interdisziplinären Forschungsvorhabens werden im Universitätsklinikum der RWTH Aachen sowie im Klinikum der Universität Köln, am Lehrstuhl für Strömungslehre und im Aerodynamischen Institut und am Lehrstuhl für Hochleistungsrechnen der RWTH Aachen durchgeführt.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Persons: Professor Dr. Christian Bischof; Professor Dr. Ralph Mösges; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder