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Verbesserung der Atmung So strömt Luft durch unsere Nase

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Mehr als jeder zehnte Bundesbürger hat Probleme bei der Nasenatmung. Im Projekt Rhinodiagnost arbeiten Experten des Jülich Supercomputing Centre und der RWTH Aachen gemeinsam mit Fachkräften aus der Industrie daran, Ärzte bei der – oft schwierigen – Entscheidung für oder gegen eine Operation zu unterstützen. Sie nutzen dafür Supercomputer, um die Strömungsverhältnisse in den Nasen spezifischer Patienten zu berechnen.

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Simulation der Luftströmung durch die Nase
Simulation der Luftströmung durch die Nase
(Bild: Forschungszentrum Jülich / J. H. Göbbert)

Jülich – Über 100.000 Operationen werden in Deutschland jährlich an der Nasenhöhle oder den Nasennebenhöhlen durchgeführt [1]. Die Fehlerrate bei derartigen Eingriffen ist mit schätzungsweise 30 Prozent recht hoch [2, 3], 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.

„Die richtige Einschätzung der Erfolgschance einer OP hängt momentan noch sehr stark ab von der Ausbildung und Erfahrung des praktizierenden Arztes“, erläutert 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 Zentimetern 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 Aerodynamisches Institut (AIA) der RWTH Aachen entwickeln in Rhinodiagnost die dazu notwendigen Softwarekomponenten, die es Ärzten ermöglichen, Simulationsdaten auf modernen 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. 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.

Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie das österreichische Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung und ist Teil des transnationalen Förderprogramms IraSME.

Literatur

[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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