Jülich: Die Nase ist ein strömungsmechanisches Wunderwerk

Jülich: Die Nase ist ein strömungsmechanisches Wunderwerk

Das jüngste nass-kalte Schmuddelwetter ist Erkältungszeit. In den meisten Fällen ist die verstopfte Nase jedoch nach ein paar Tagen wieder frei.

Doch nicht immer sind die Beschwerden so schnell wieder verschwunden. Bei etwa elf Prozent der Bevölkerung ist die Behinderung der Nasenatmung chronisch. Im Projekt Rhinodiagnost arbeiten Experten des Jülich Supercomputing Centre und der RWTH Aachen mit Fachkräften aus der Industrie daran, Ärzte bei der — oft schwierigen — Entscheidung für oder gegen eine Operation zu unterstützen.

Ziel ist der Aufbau eines Service-Netzwerks, das individuelle 3D-Modelle und Strömungssimulationen auf Supercomputern als zusätzliche Entscheidungshilfe zur Verfügung stellen soll.

Über 100 000 Operationen werden in Deutschland jährlich an der Nasenhöhle oder den Nasennebenhöhlen durchgeführt. Die Fehlerrate bei derartigen Eingriffen ist mit schätzungsweise 30 Prozent recht hoch, 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.“

Strömungsmechanisches Wunderwerk

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 zehn 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 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.

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