Fortschritte und Herausforderungen in der computergestützten Modellierung
Seit der Jahrtausendwende hat sich die computergestützte Modellierung biologischer Systeme bemerkenswert weiterentwickelt. Ein Übersichtsartikel beleuchtet die aktuellen Errungenschaften und neuen Herausforderungen, insbesondere im Bereich des Herz-Kreislauf-Systems. Dabei wird die Bedeutung von mechanistischen und datengetriebenen Modellen sowie deren Synergien hervorgehoben, um zukünftige Fortschritte in der medizinischen Forschung und künstlichen Intelligenz zu fördern.

Die präzise Identifizierung des Ursprungs von ventrikulären Extrasystolen (PVCs) ist entscheidend für eine verbesserte Diagnose und Behandlung. Erfahren Sie mehr über diesen innovativen Ansatz, der von einem interdisziplinären Forschungsteam entwickelt wurde, einschließlich der Mitwirkung von CaMo IBT.

Die numerische Simulation erlaubt es, ganz unterschiedliche Vorgänge zu modellieren, vom Wetter über die Kernfusion bis zu individuellen Körperorganen. Voraussetzung dafür sind hoch skalierbare Algorithmen, die sich aus einer mathematischen Bibliothek wie mit einem Baukasten zusammenstellen lassen.

Ein Artikel in der aktuellen Ausgabe des c't Magazins für Computertechnik berichtet über unsere Forschung.

Das Gordon Research Seminar sowie die Konferenz über Mechanismen der Herzrhythmusstörungen fanden vom 22. bis 27. Februar in Barga statt. Sie deckte ein breites Spektrum an Themen ab, vom Vorhof und ventrikulären Mechanismen bis zu Mikro- und Ultrastrukturen einzelner Herzmuskelzellen. Christian, Moritz und Axel (in Vertretung von Tobias) stellten ihre Arbeit vor.

Dr.-Ing. Cristian Barrios Espinosa hat seine Doktorprüfung am KIT erfolgreich bestanden und Eikonal-basierte Modelle weiterentwickelt, um die Genauigkeit und Effizienz von Simulationen in der kardialen Elektrophysiologie zu verbessern.

Studenten des Kurses „Medical Image Processing for Guidance and Navigation“ besuchten Getinge, einen weltweit führenden Entwickler von Hybrid-Operationssälen. Der Besuch bot wertvolle Einblicke in fortschrittliche chirurgische Technologien und ihre praktischen Anwendungen im modernen Gesundheitswesen.

Der Herz-Elektrophysiologie-Simulator openCARP, der vom IBT und Partnern entwickelt wird, hat den Helmholtz Software Award in der Kategorie Newcomer gewonnen. Ziel des Preises ist es, die Entwicklung von professioneller und qualitativ hochwertiger Forschungssoftware zu fördern und das Engagement für Software als Grundlage moderner Wissenschaft zu würdigen.
[mehr@Helmholtz]

Prof. Dr. Olaf Dössel wurde zum Sprecher des Themennetzwerkes Gesundheitstechnologien in der acatech gewählt. Die acatech ist die deutsche Akademie der Technikwissenschaften.
Weiterhin erhielt Olaf Dössel die KIT Verdienstnadel. Damit würdigt das KIT seine vielfältigen Aktivitäten als Botschafter des KIT und als ehrenamtlicher Vorsitzender des Studierendenwohnheim e.V. des KIT.

Seit WS 24/25 wird ein neuer Kurs für Masterstudierende aus IBT-Vorlesungen angeboten. Der Kurs mit dem Titel „Medizinische Bildverarbeitung zur Führung und Navigation“ ist 9 ECTs wert und umfasst insgesamt 6 Stunden Vorlesung/Praxis pro Woche plus die Durchführung eines Gruppenprojekts.
Link zum Campus Management für Studierende

Vom 26. bis 28. September fanden die DGK Herztage in Hamburg statt – ein Forum zum Austausch neuester Erkenntnisse, innovativer Lösungsansätze und wertvoller Erfahrungswerte in der Kardiologie. Christian und Silvia vertraten das IBT mit einem Poster und zwei Vorträgen.

Auf dem diesjährigen Cardiac Physiome Workshop 2024 diskutierten etwa 140 Forscher über die Integration experimenteller und mathematischer Ansätze in der Herzphysiologie. Die CaMo Gruppe war mit 3 Posterbeiträgen und einem Vortrag unserer Doktorandin Stephanie Appel vertreten. Besonders erfolgreich war unser Doktorand Jonathan Krauß, der den Posterpreis gewann.

Das Land Baden Württemberg bedankt sich bei Frau Irene Günter für Ihre vierzigjährige Tätigkeit im Öffentlichen Dienst. Die Dankurkunde wurde ihr von Professor Werner Nahm im Kreis ihrer Kollegen überreicht. Wir wünschen Ihr für Ihre weitere Tätigkeit alles Gute.

Julian Mierisch beschäftigt sich mit modellinformiertem maschinellen Lernen zur Vorhersage von postoperativem Vorhofflimmern und dessen gezielten Prävention. Seine Schwerpunkte lagen im Bereich des Data Science und des Softwareengineering.

Vom 17. bis 21. Juni nahmen Stephanie und Silvia an der Summer School in Bordeaux teil, um ihre Kenntnisse in der Elektrophysiologie des Herzens zu vertiefen. Spannende Vorträge und eine interaktive Laborführung des Liryc-Instituts machten diese Woche besonders lehrreich.

In dieser Studie der Uni Oxford und des KITs wurden verschiedene Therapien in 800 virtuellen Patienten mit Vorhofflimmern systematisch untersucht. Die Studie zielt darauf ab, Patienten bei denen Pulmonalvenenisolation als initiale Therpaie nicht erfolgreich war anhand von in-silico Tests optimalen pharmakologischen und Ablationstherapien zuzuordnen. Abhängig von der Vorhofgröße und Vorliegen von Niedervoltagearealen variieren die Behandlungsstrategien. In-silico Modelle sind ein vielversprechendes Instrument zur individuellen Therapieoptimierung bei Vorhofflimmern.

Vom 2. bis 4. Juni fand am Isaac Newton Institute of Mathematical Science in Cambridge der Fickle Heart Workshop statt, der sich auf digitale Zwillinge, künstliche Intelligenz und Methoden zur Quantifizierung von Modelunsicherheiten fokussierte. Axel, Patricia und Stephanie nutzten die Gelegenheit dieses Workshops, um ihre Arbeit in diesem Gebiet vorzustellen.

In der diesjährigen European Community on Computational Methods in Applied Sciences (ECCOMAS)-Konferenz in Lissabon hat unser Doktorand Joshua Steyer unsere Arbeit zu Elektrogrammen in einem kardialen Zell-zu-Zell-Modell im Minisymposium "Computational Cardiology: Modeling and Simulating the Heart" vorgestellt.

In diesem Monat April fanden zwei der wichtigsten Konferenzen zur Herzelektrophysiologie statt, bei denen Kardiologen aus Deutschland und der ganzen Welt zusammenkamen.
Am 7. und 9. April fand in Berlin die Konferenz der European Heart Rhythm Association (EHRA) statt. Unsere Doktorandin Patricia Martínez wurde für den Young Investigator Award in der Kategorie „Basic and Translational Science“ nominiert und präsentierte ihre Arbeit über die Auswirkungen der Anfälligkeit für rechtsatriale Arrhythmien in patientenspezifischen Computermodellen.

Im diesjährigen Biosignals Workshop in Göttingen haben wir unsere Arbeit zu Elektrogrammen in einem Zell-zu-Zell-Modell vorgestellt. Wir haben gezeigt, dass eine gesunde Erregungsausbreitung, anders als in homogenisierten Modellen, kein symmetrisches Elektrogramm produziert und mehrere kleine Ausschläge präsent sind. Diese Ausschläge lassen sich durch die Multimodalität der Zellaktivierung und der Entschleunigung der Erregungswelle beim Übergang zwischen zwei Herzzellen erklären.

Ab SS24 wird in den IBT-Vorlesungen ein neuer Kurs für Masterstudierende angeboten. Der Kurs mit dem Titel "Medizinische Bildverarbeitung zur Führung und Navigation ist 6 ECTs wert und umfasst insgesamt 4 Stunden Vorlesungen/praktische Übungen pro Woche sowie die Durchführung eines Gruppenprojekts.
Die Sprache der Vorlesung ist Englisch.

In diesem open access Buch haben sich 138 Experten für In-Silico-Studien zusammengefunden, die in Hochschulen, der medizinischen Industrie, Zulassungsbehörden, Krankenhäusern und Beratungsunternehmen tätig sind. In einem Konsensverfahren haben diese Experten den ersten Versuch unternommen, gute Simulationspraktiken für die Entwicklung, Bewertung und Anwendung von In-Silico-Studien zu definieren.  Die Gute Simulationspraxis ist ein unverzichtbarer Leitfaden für alle, die planen, sich mit In-Silico-Versuchen zu befassen, gleich welchen Titels. IBT Forscher Axel Loewe ist Mitherausgeber der Kapitel Model Development und The Investigator: Modellers and Analysts.

In Kollaboration mit dem Institut für Angewandte und Numerische Mathematik untersuchten wir den Einfluss verschiedener Modellierungsentscheidungen wie die Dichte des Gitters, die Größe des Inkompressibilitätsparameters, die Wahl zwischen “active stress” und “active strain” oder die zwischen verschiedenen Dämpfungskonzepten. Die Ergebnisse haben wir in unserem Paper zusammengefasst: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/gamm.202370010

Welche Auswirkungen hat die mechanische Aktivierung des Herzens auf die elektrische Kontrolle des Herzrhythmus und die Erregungsleitung? Mit Hilfe des am IBT entwickelten vollständig gekoppelten elektromechanischen Computermodells des Herzens konnten wir zeigen, dass die mechano-elektrische Rückkopplung die Aktivierungs- und Repolarisationsmuster im gesamten Herzen während des Sinusrhythmus verändert und zu einem deutlich heterogeneren elektrophysiologischen Substrat führt. Die vollständige Studie ist als Open Access in The Journal of Physiology veröffentlicht.

Vom 28. November bis 1. Dezember fand in Linz der Workshop zur Modellierung und Simulation von Ablationstherapien in der Medizin am Johann Radon Institut für Computational and Applied Mathematics (RICAM) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften statt. Während dieser Woche hatten Axel Loewe und Carmen Martinez die Möglichkeit, ihre Arbeit zu präsentieren und mit anderen Forschenden auf diesem Gebiet zu diskutieren.

Ein Forschungsprojekt am Karlsruher Institut für Technologie setzt auf Künstliche Intelligenz um allein auf der Grundlage eines Standard-EKGS den Ursprung des Herzstolperns zu lokalisieren.

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Mit fünf aktuellen und drei ehemaligen Mitgliedern unserer Gruppe Computermodelle des Herzens haben wir an der diesjährigen 50. Auflage der Computing in Cardiology-Konferenz in Atlanta, USA vom 1. bis 4. Oktober teilgenommen. Nach dem Sonntags-Symposium der Konferenz, in dem der Einfluss von Rassismus und Sexismus auf die Gesundheit thematisiert wurde, haben wir einige unserer neusten Ergebnisse präsentieren können. Wir sind stolz auf Carmen Martínez und Albert Dasí, die es jeweils in die Runde der Halb-Finalist*innen und Finalist*innen des Young-Investigator-Awards geschafft haben. Herzlichen Glückwunsch, Carmen und Albert. Wir freuen uns darauf, nächstes Jahr die 51. Auflage der CinC in Karlsruhe zu organisieren.

Vom 20.-22. September 2023 fand die 10. Ausgabe dieser internationalen Konferenz in Wien, Österreich statt. Das IBT war mit einem Vortrag zu Electro-mechanical modeling and simulation of the human heart im Minisymposium Continuum biomechanics of active biological systems vertreten.

Gemeinsam mit Forschenden der Medizinischen Universität Graz, der PTB Berlin und dem King's College London haben wir einen Datensatz von 16.900 synthetischen EKGs veröffentlicht. Die EKGs sind durch detaillierte Computersimulationen entstanden, die es erlauben jedes EKG-Signal auf eindeutige Modellparameter mit biologischer Bedeutung zurückzuführen.

Das IBT und die Prototera Association (Portugal) haben eine Vereinbarung über vierjährige Doktorandenstipendien geschlossen, die von der portugiesischen Regierung finanziert werden. Studierende, die an Doktorandenforschungsprojekten im Bereich Image Guidance in Proton Therapy interessiert sind, können sich an Prof. Francesca Spadea mf.spadea@kit.edu wenden. Das vierjährige Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Universität „Instituto Superior Técnico“ in Lissabon durchgeführt.

Gemeinsam mit Ärzten des Universitäts-Herzzentrums Freiburg Bad Krozingen haben wir verglichen ob Substrat, das Vorhofflimmern zugrunde liegt, nicht nur im Sinusrhythmus sondern auch während Vorhofflimmern lokalisiert werden kann. Die moderate Übereinstimmung legt nahe die Untersuchung im Sinusrhythmus durchzuführen.

Cristian Barrios Espinosa präsentierte auf der SIAM Konferenz in Portland seine Forschung zur Weiterentwicklung von Machine-Learning-Methoden in der Kardiologie. Erfahre mehr über die vielseitigen Anwendungen dynamischer Systeme in der Medizin

Vom 24.-26. Mai durften wir rund 60 internationale Gäste zum 5. openCARP Nutzertreffen in Karlsruhe willkommen heißen. Der voll ausgebuchte Workshop bot in zwei Tracks Trainings- und Austauschformate sowohl für neue Nutzer wie auch für Experten an.

Das Institut für Biomedizinische Technik begrüßt Herrn Moritz Linder als neuen wissenschaftlichen Mitarbeiter. Moritz Linder absolvierte ein Master Studium der Mechatronik und Informationstechnik am KIT.

Klassische maschinelle Lernverfahren erfordern die Vorverarbeitung von EKG-Signalen. Gemeinsam mit Forschenden u.a. der Universität Oldenburg, der PTB Berlin, der Aalborg Universität und der Charité Berlin haben IBT Forschende jüngst Annotationen von mehr als 20,000 EKGs veröffentlicht. Dabei kamen unter anderem am IBT entwickelte Signalverarbeitungsalgorithmen zum Einsatz.

Anfang Mai durften wir rund 30 Forschende aus ganz Europa am KIT willkommen heißen, die sich im europäischen PersonalizeAF-Projekt der Verbesserung von Diagnose und Therapie von Vorhofflimmern widmen. Nach zwei Tagen "Career Opportunities Workshop" für die 15 Promovierenden stand die letzten beiden Tage der Austausch neuester Forschungsergebnisse im Vordergrund.

Die Konferenz der European Heart Rhythm Association (EHRA) fand vom 16. bis 18. April 2023 in Barcelona zu ihrem 20-jährigen Jubiläum statt. Unsere Doktorandin Patricia Martínez wurde mit ihrer Arbeit für den Young Investigator Award nominiert.

In Zusammenarbeit mit der Universität Magna Graecia (Italien), dem Politecnico di Milano (Italien) und unserem klinischen Partner am Krankenhaus San Raffaele in Mailand (Italien) haben wir bewiesen, dass der prognostische Wert der Radiomics-Merkmale, die aus MR-Bildern von PCNSL-Patienten extrahiert wurden, das aktuelle Vorhersage Model basierend auf klinischen Merkmalen übertrifft. Diese Ergebnisse ebnen den Weg für weitere Untersuchungen zur potenziellen Rolle von Bildmerkmalen bei der Wahl der Behandlung.

Vergangene Woche fand in Galveston (Texas, USA) die Gordon Research Conference (GRC) on Cardiac Arrhythmia Mechanisms statt. Patricia Martínez und Albert Dasí gewannen den ersten Preis des Studenten-Posterwettbewerb.

Am 29. und 30. März 2023 veranstaltet das Institut für Biomedizinische Technik einen Workshop, der Forschern grundlegende Programmierkenntnisse vermitteln soll und zu dem sich alle KIT-Mitglieder anmelden können.

Prof. Maria Francesca Spadea hat am 1. Januar 2023 am Institut für Biomedizinische Technik die Professur für Modellierung und Simulation in der Medizintechnik übernommen.

Für paroxysmales Vorhofflimmern bestehen gute Therapiemöglichkeiten, während persistierendes Vorhofflimmern immer noch nicht zufriedenstellend therapiert werden kann. Gemeinsam mit Forschenden des Univeritäts-Herzzentrums Freiburg Bad Krozingen konnten nun anatomische und funktionelle Unterschiede zwischen diesen beiden Arten identifiziert werden, die die Basis für zukünftige maßgeschneiderte Therapieansätze sein können.

Zusammen mit Forschenden aus Marburg, München, Frankfurt wurde die Auswirkung einer neuen Gruppe genetischer Mutationen auf die Elektrophysiologie des Herzens untersucht. Die Studie wurde im Sonderband "Molekulare Effekte von Mutationen in humanen genetischen Erkrankungen" des "International Journal of Molecular Sciences" frei zugänglich veröffentlicht.

Gemeinsam mit Forschenden der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Berlin haben wir systematisch den Einfluss von Unsicherheiten in den Eingabeparametern von Multiskalen Herzsimulationen auf das resultierende EKG untersucht. Die Arbeit ist als open access im Fachjournal "Metrology" veröffentlicht.

Zusammen mit Forschenden der Univeristät Szeged haben IBT-Forscher den Rückwärtsmodus des Natrium-Calcium-Austauschers für die Funktion des Sinusknotens, dem natürlichen Schrittmacher des Herzens, untersucht. Durch Kombination von biologischen Experimenten und Computersimulationen konnte dafür eine entscheidende Rolle nachgewiesen werden.

Zusammen mit dem nationalen Zentrum zur Vermeidung, Verringerung und Verbesserung von Tierversuchen in der Forschung hat die Universität Oxford am 5. und 6. Dezember ein Symposium veranstaltet. Das IBT und seine klinischen Partner der Universität Freiburg präsentierten ihre Arbeit und ihre Ideen zur Synergie zwischen Computermodellen und maschinellem Lernen sowie zum Transfer in die Klinik.

Forscher des IBT stellen das erste funktionale 3D-Computermodell des menschlichen Sinusknotens in der renommierten Fachzeitschrift "Biophysical Journal" vor. 
Die Struktur dieses natürlichen Schrittmachers ist entscheidend dafür, dass das umgebende Herzgewebe erfolgreich erregt werden kann.

Das IBT war auf der „Modeling the Cardiac Function“-Konferenz des iHeart Projekts vom 30.9. bis 2.10.2022 in Cetraro vertreten. Wir konnten unsere Studien zum Einfluss der Randbedingungen auf die Fluidsimulation vorstellen.

IBT Mitarbeiter haben gemeinsam mit Wissenschaftlern der Medizinischen Universität in Graz untersucht, ob und inwieweit vereinfachte Methoden und Modelle für elektrophysiologische Vorhof-Simulationen präzise Ergebnisse für Aktivierungszeiten und Elektrokardiogramme (EKG) liefern können und gleichzeit die Simulationszeit erheblich reduzieren können. Die Analysen legen den Grundstein für umfangreiche EKG-basierte Simulationsstudien, um z.B. große Datensätze für maschinelle Lernenmethoden zu generieren.

Die 44. Internationale Konferenz für Technik in Medizin und Biologie (EMBC) fand vom 11. bis 15. Juli 2022 in Glasgow, Scotland, statt.
Vier Vertreter des Instituts für Biomedizinische Technik (IBT) nahmen an der EMBC 22 teil und hielten drei vollständige Vorträge und einen Kurzvortrag.

Die Methode des maschinellen Lernens zur Vorhersage des Therapieerfolgs bei Vorhofflimmern auf der Grundlage des EKGs ist einer der ersten Ansätze, der ausschließlich mit Daten aus Computermodellen trainiert wurde und den Erfolg auf realen klinischen Daten unter Beweis gestellt hat.
[Report] [Paper]

Herr Prof. Dr. rer. nat. Olaf Dössel wurden für seine herausragenden wissenschaftlichen Leistungen im Fakultätsrat gewürdigt.
Der Wunsch und Antrag von Bereichs- und Fakultätsleitung, den vor kurzem emeritierten Prof. Dössel zum Distinguished Senior Fellow zu ernennen, wurde vom KIT positiv beschieden. Prof. Dössel engagiert sich unter anderem in 3 Akademien der Wissenschaften und in internationalen Fachgesellschaften sowie als Gutachter in seinem Fachgebiet Medizintechnik.
Prof. Dössel und Prof. Ivers-Tiffée sind in der Wissenschaft national und international hoch angesehen und tragen maßgeblich zur Sichtbarkeit des KIT bei.
Wir gratulieren zu diesen beiden besonderen Auszeichnungen!

In Zusammenarbeit mit Ärzten des St. Anne's University Hospital, Brünn, konnten die Forscher des IBT zeigen, dass eine dyssynchrone Aktivierung der linken Herzkammer nicht ausreicht, um bei Patienten mit diagnostizierter Herzinsuffizienz zu einem Zusammenbruch des typischen Torsionskontraktionsmusters zu führen.

Olaf Dössel wurde in Anerkennung seines herausragenden Beitrags zur internationalen Entwicklung der physikalischen und technischen Wissenschaften in der Medizin zum Fellow of the International Union for Physical and Engineering Sciences in Medicine (IUPESM) ernannt.
Die IUPESM ist die weltweite Dachorganisation aller wissenschaftlichen Gesellschaften für Biomedizinische Technik und Medizinische Physik.

Deborah Nairn hat am 14.4.2022 erfolgreich ihre Dissertation „Multi-Modality Correspondence to Enhance Arrhythmogenic Atrial Substrate Identification - Guiding Persistent Atrial Fibrillation Ablation Therapy“ verteidigt und die Promotionsprüfung bestanden.

Unsere herzlichsten Glückwünsche!

Carmen Martinez, Wissenschaftlerin des IBT, präsentierte ihre Forschungsergebnisse im Poster auf dem diesjährigen EHRA-Kongress mit dem Titel: „Impact of contact force on local impedance measurements in different atrial locations“. Der Kongress fand vom 3. bis 5. April im Kopenhagen statt. Das diesjährige wissenschaftliche Programm befasste sich mit dem Thema „Back to the Rhythm“, und verweist auch auf die Wiederherstellung von Vor-Ort-Konferenzen nach der Pandemie.

Laura Unger hat am 22.2.2022 erfolgreich ihre Dissertation „Multimodale Charakterisierung des Vorhofsubstrats – Risiken und Vorteile von Elektrogramm- und Impedanzkartierung“ verteidigt und die Promotionsprüfung mit Auszeichnung bestanden. Unsere herzlichsten Glückwünsche!

Gemeinsam mit Ärzt*innen der Uniklinik Freiburg stellen IBT-Forscher*innen eine Methode vor, um nicht-invasiv diejenigen Vorhofflimmer-Patienten zu identifizieren, die ein erhöhtes Risiko für Herzinsuffizienz haben. Dabei wird das Elektrokardiogramm mit Methoden des maschinellen Lernens analysiert.

Am 11. und 12. April 2022 veranstaltet das Institut für Biomedizinische Technik einen Workshop, der Forschern grundlegende Programmierkenntnisse vermitteln soll und zu dem sich alle KIT-Mitglieder anmelden können.

Noch zu Zeiten von Otto Hahn und Lise Meitner war der wissenschaftliche Alltag einzig geprägt von Laborexperimenten, Naturbeobachtungen und theoretischen Überlegungen, wissenschaftlichen Aufsätzen und Diskursen. Was hat sich in den letzten 100 Jahren geändert? Inzwischen lässt sich Forschung in kaum einem Feld mehr ohne Software durchführen.

 Forschende des IBT und des ISTM (Institut für Strömungsmechanik, KIT) haben ein sequentielles Kopplungsverfahren implementiert und gezeigt, dass die Rückwirkung des Blutflusses auf die Deformation der Herzwand sehr klein ist.

Die Lösung des inversen Problems für EKG-Bildgebung (ECGI) ist anfällig für Artefakte. Ein Team um IBT-Forscher Steffen Schuler hat nun eine Methode vorgestellt, um Blocklinien-Artefakte zu verhindern und ECGI als nichtinvasive Diagnosemethode zu verbessern.

Mithilfe eines elektromechanischen Computermodells des Herzens konnten Forscher des IEKM in Freiburg und des IBT den Einfluss der Herzbewegung auf das EKG quantifizieren. Diese Arbeit legt den Grundstein für zukünftige schnellere EKG-Simulationen.

Mit dem Kolloquium zum Thema "Maschinelles Lernen für die Medizin und die Rolle simulierter Daten" habilitierte sich Dr.-Ing. Axel Loewe für das Fachgebiet "Modellierung und Simulation für die Medizin".

Steffen Schuler aus unserer Gruppe hat in der vergangenen Woche erfolgreich seine Dissertation „Neuartige Methoden zur Einbeziehung physiologischer Vorkenntnisse in das inverse Problem der Elektrokardiographie“ verteidigt. Herzlichen Glückwunsch an unseren neuen Dr.-Ing.! #phdlife #CardioTwitter.

Claudia Nagel hat am Cardiac Physiome Workshop und am American Heart Association Meeting teilgenommen. Sie hat vorgestellt, wie die Geometrie der Ventrikel die simulierten QRS Komplexe im EKG beeinflussen und gezeigt, dass eine Schätzung des linksatrialen Fibroseanteil basierend auf simulierten P Wellen mit einem mittlerem Fehler von 8.7% möglich war.

Olaf Dössel und Claudia Nagel haben am ersten internationalen Workshop "Metrology for Virutal Measuring instruments" teilgenommen. Olaf Dössel hat eine Keynote Präsentation über den digitalen Zwilling in der Medizin gehalten. Claudia Nagel hat in ihrem Vortrag darüber gesprochen, wie überprüft werden kann, ob simulierte EKG Signale der Realität entsprechen, damit sie erfolgreich für klinische Anwendungsfälle eingesetzt werden können.

Im September fand am KIT die "Atrial Signals“ Konferenz statt. Mehr als 200 Experten aus dem technischen und klinischen Bereich diskutierten und präsentierten die neuesten Forschungsergebnisse.

Wir begrüßen Miriam Weiß als neue wissenschaftliche Stipendiatin in der Gruppe „Optische Technologien in der Medizin“.

Am 28. und 29. Oktober 2021 veranstaltet das Institut für Biomedizinische Technik einen Workshop, der Forschern grundlegende Programmierkenntnisse vermitteln soll und zu dem sich alle KIT-Mitglieder anmelden können.

IAMO Policy Brief 42 thematisiert die Anforderungen und Strategien für eine nachhaltige Forschungssoftwarepraxis auf Grundlage eines Positionspapiers.

Hypertrophe Kardiomyopathie beeinträchtigt die Herzmechanik, aber die spezifischen Auswirkungen von dickerer Wand, reduzierter aktiver Kraft, Faserstruktur und erhöhter Gewebesteifigkeit sind nicht klar. IBT-Forscher*innen konnten die jeweiligen Beiträge zu Deformation, Dehnung, Dehnungsrate und Wandverdickung mit Hilfe eines Computermodells des Herzens aufklären.

Am 8. Juli hat Ekaterina Kovacheva ihre Dissertation mit dem Titel „Model Based Estimation of the Elastomechanical Properties of the Human Heart“ verteidigt. Herzlichen Glückwunsch von allen Mitarbeitern des IBT.

In Kooperation mit dem IANM (KIT) und dem IEKM (Universitäts-Herzzentrum Freiburg) haben Forscher des IBT ein elektro-mechanisch gekoppeltes Computermodell eines personalisierten menschlichen Herzens vorgestellt. Die Arbeit wurde im Journal Mathematics publiziert.

Forscher am IBT untersuchten, wie viele Kameras benötigt werden, damit ein mikrochirurgischer Operationskanal möglichst vollständig 3D rekonstruiert werden kann.
Die Arbeit wurde im Journal of Imaging (MDPI) veröffentlicht: https://doi.org/10.3390/jimaging7050087

Forscher am IBT untersuchten, ob der Anteil von fibrotischem Gewebe im Vorhof nicht-invasiv und quantitativ basierend auf P Wellen aus dem 12-Kanal EKG bestimmbar ist.
Die Arbeit wurde im Journal of Clinical Medicine (MDPI) veröffentlicht.

Wir begrüßen Herrn Simon Hoffmann als wissenschaftlichen Mitarbeiter. Der Fokus seiner Arbeit liegt auf Signalverarbeitungsmethoden in der Ophthalmologie.

Ein Team um IBT-Forscher Giorgio Luongo präsentiert eine auf maschinellem Lernen basierende Klassifizierung des 12-Kanal-EKG, um zwischen Patienten mit Lungenvenen-Treibern und Patienten mit extra-Lungenvenen-Treibern von Vorhofflimmern zu unterscheiden.
Das Papier wurde im Cardiovascular Digital Health Journal veröffentlicht.

Das Institut für Biomedizinische Technik des KIT entwickelt mit mathematischen Gleichungen ein computerbasiertes Herzmodell, das der gezielten Behandlung von Herzrhythmusstörungen dient und damit die medizinische Forschung und Entwicklung neuer diagnostischer und therapeutischer Verfahren verbessern soll.

Wissenschaftler des IBT konnten zeigen, dass die statistische Auswertung der gemessenen Zykluslängen während Vorhofflimmern eine Schätzung der Refraktärzeit des unterliegenden Substrats ermöglicht. Die Studie kombiniert eine breite Simulationsbasis mit klinischen Messungen und wurde in Europace EP veröffentlicht.

Beitrag beschreibt das Umfeld für die Entwicklung nachhaltiger Forschungssoftware in Deutschland, identifiziert Herausforderungen und zeigt Handlungsbedarf auf.

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Forscher des IBT haben in Zusammenarbeit mit dem Universitäts-Herzzentrum Freiburg einen Artikel veröffentlicht, in welchem die unipolare und bipolare Spannungskartierung zur Lokalisierung des atrialen Substrats verglichen wird.

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Ein Wissenschaftler des IBT konnte seine Ergebnisse in der Simulation der Propagation von Photonen in einem Blutgefäß vorstellen und diskutieren.

Zusammen mit Forscherinnen/Forschern aus Bologna, Mailand und New York publizierten Forscher des IBT einen Übersichtsartikel über die EKG-basierte Messung der Calcium- und Kaliumkonzentration im Blut.

Publikation der Untersuchung des Diskretisierungsfehlers und dessen Minimierung in der Vermessung von Geodätischen Längen.

Aus Beiträgen des Universitätsklinikums Freiburg und des IBT entstand ein Paper über die Identifikation von intraatrialen, arrhythmogenen Quellen basierend auf Elektrogrammeigenschaften.

In der Zeitschrift "IEEE Transactions on Biomedical Engineering" veröffentlichten IBT-Forscher zusammen mit Ärzten der Universität Leicester, der ABC Federal University und den Klinikern des Städtischen Klinikums Karlsruhe zwei neuartige Methoden zur nicht-invasiven Charakterisierung des Vorhofflatterns. Zur Charakterisierung und Unterscheidung verschiedener Vorhofflattermechanismen aus dem 12-Kanal-EKG wurden Methoden der raum-zeitlichen Rezidivquantifizierung in einem rechnerischen Rahmen eingesetzt. Dank dieser Methoden konnte die Dauer des invasiven Vorhofkartierungs- und Ablationsverfahrens erheblich verkürzt werden. Die rechnergestützte Studie wurde durch einen klinischen Fall als Proof-of-Concept ergänzt und untermauert.

Gemeinsam mit Forschern der Universität Szeged haben Wissenschaftler des IBT einen Übersichtsartikel zur Rolle des Natrium-Calcium-Austauschers für die Aktivität natürlicher Schrittmacherzellen veröffentlicht. Diese Schrittmacherzellen im sogenannten Sinusknoten des Herzens sorgen dafür, dass unser Herz regelmäßig schlägt. Der Übersichtsartikel integriert Erkenntnisse aus experimentellen Studien und Computermodellierung. Er erschien im Fachmagazin Frontiers in Pharmacology und ist frei verfügbar (Open Access).

openCARP ist ein offenes Simulationsprogramm für kardiale Elektrophysiologie. Der Quellcode ist öffentlich zugänglich und kann für akademische Zwecke frei verwendet werden. openCARP ist einfach zu nutzen und ermöglicht in-silico Experimente vom Ionenkanal über die Zelle bis hin zum Gewebe und Organ. openCARP ist eine gemeinsame Initiative der Medizinischen Universität Graz (Gernot Plank), LIRYC Bordeaux (Ed Vigmond), Uni Freiburg (Gunnar Seemann) und des KIT (Axel Loewe).

Der Sinusknoten ist der natürliche Schrittmacher des Herzens, der jeden Herzschlag initiiert. Die Schrittmacherfunktion ergibt sich dabei aus dem Zusammenspiel von zwei kooperierenden Systemen: der sogenannten Membranuhr und der Calciumuhr. Die genauen Rollen dieser beiden Mechanismen sind noch unvollständig verstanden.  Gemeinsam mit einer Gruppe experimentell arbeiterender Forscher aus Szeged (Ungarn), konnte die Arbeitsgruppe Herzmodellierung jetzt die Rolle der Calciumuhr näher bestimmen. Ein neuartiger pharmakologischer Wirkstoff erlaubt es den Natrium-Calcium-Austauscher gezielt zu blockieren. Die Wissenschaftler des IBT konnten diesen Effekt im Computermodell reproduzieren und näher untersuchen. Durch Kombination von Experiment und Computersimulation wurde die wichtige Rolle des Natrium-Calcium-Austauschers und die Interaktion mit der Membranuhr bestätigt. Die Studie erklärt wie der natürlich Schrittmacher des Herzens durch das Zusammenspiel der beiden Systeme Calciumuhr und Membranuhr besonders robust und zuverlässig arbeitet.

Axel Loewe vom IBT war eingeladen einen Vortrag beim 10. "TRM Forum on the Computer Simulation of Cardiac Function“ zu halten. Die Konferenz versammelt weltweit führende Experten der Computermodellierung, der experimentellen Untersuchung und der klinischen Forschung im Bereich Herzrhythmusstörungen. Wir haben zum diesjährigen Motto „Towards the Digital Twin“ beigetragen indem wir Arbeiten vorgestellt haben, die es erlauben einen biomechanisches Abbild eines individuellen Patienten zu erstellen. Außerdem wurde die Sitzung "Atrial modeling & experimental data" vom IBT-Forscher geleitet.

Am 7. und 8. November trafen sich 40 Vertreter der deutschen Forschungssoftware-Community am Robert-Koch-Institut in Berlin, um gemeinsam an einer Stellungnahme zum Thema “Nachhaltigkeit von Forschungssoftware in Deutschland” zu arbeiten. Auf Einladung der DFG wurde zu den Themenbereichen Motivation für und Selektion von Forschungssoftware, Förderung, Best Practices und Policies sowie Infrastruktur diskutiert und die jeweiligen Bedarfe, Herausforderungen und Lösungsansätze zu Papier gebracht und als zentrale Empfehlung für Entscheidungsträger formuliert. Nach weiterer Überarbeitung wird das Dokument Anfang 2020 im Rahmen des Prozesses für Positionspapiere der deutschen Gesellschaft für Forschungssoftware (deRSE) in der breiten Öffentlichkeit zur Diskussion gestellt werden.

Am 8. Oktober nutzten etwa 15 Erstsemesterstudierende die Gelegenheit, das IBT im Rahmen der Institutsführung der Orientierungsphase kennenzulernen. Die Vorstellung dreier aktueller Forschungsbereiche der Medizintechnik gab den neu angekommenen Studenten einen Ausblick auf mögliche Anwendungsgebiete des Elektro- und Informationstechnik Studiums, welches zunächst mit Grundlagenvorlesungen beginnen wird. Die Veranstaltung schloss mit Live-Demonstrationen verschiedener medizinischer Geräte.

Das Praxisnetz Digitale Technologien des VDE und der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik (DGBMT) hat unter Mitwirkung von Experten des IBTs ein Zukunftsszenario veröffentlicht:

"Im Jahr 2035 haben digitale Technik und insbesondere Künstliche Intelligenz (KI) die meisten regulatorischen Hürden überwunden. Sie sind in praktisch alle Bereiche des Gesundheitswesens vorgedrungen und haben insbesondere die Arbeitswelt des Arztes stark verändert. Ähnlich wie dies in früheren Jahren schon in anderen Berufsgruppen, beispielsweise bei Piloten, der Fall war, sehen sich Mediziner in ihrem Arbeitsalltag in einem symbiotischen Zusammenwirken mit der Technik…“

Dialysepatienten haben unerklärlicherweise ein bis zu 100x höheres Risiko einen plötzlichen Herztod zu erleiden als nierengesunde Patienten. Eine Simulationsstudie des IBT hat nun Hinweise auf einen möglichen Grund geliefert: der natürliche Schrittmacher des Herzens, der Sinusknoten, scheint sehr sensibel auf Veränderungen des Calciumgehalts im Blut zu reagieren. In Zusammenarbeit mit Forschern aus Bologna (Italien), Szeged (Ungarn), Monza (Italien) und New York City (USA) konnten wir zeigen, dass sich der Herzschlag bei einem Abskinken des Calciumgehalts verlangsamt und es im Extremfall bis hin zum Herzstillstand kommen kann. Da der Calciumspiegel wie auch der Spiegel anderer Ionen (z.B. Kalium) bei Dialysepatienten starken Schwankungen unterliegt, könnte das ein relevanter Grund für das extreme Herztodrisiko bei diesen Patienten sein.

Ende August fand in Kassel ein dreitägiges Kolloquium der GACM zum Thema „Mechanik“ statt. Auch die Arbeitsgruppe Herzmodellierung war im Rahmen des Minisymposiums „Numerical methods in biomechanics“ vertreten. Der Vortrag mit dem Titel „Estimating Cardiac Active Tension from Wall Motion – The Inverse Problem of Cardiac Mechanics“ vermittelte einen Einblick in den aktuellen Stand der Forschung hinsichtlich der Entwicklung eines Verfahrens zur nichtinvasiven Bestimmung der Kraftentwicklung im menschlichen Herzen.

Wir begrüßen Herrn Anees Qumar Abbasi als neuen wissenschaftlichen Mitarbeiter am Institut für Biomedizinische Technik, der seine Arbeit am 1. August 2019 begonnen hat.
   Als Mitglied der Optikgruppe wird sich seine Forschung auf die Entwicklung eines markerfreien videobasierten menschlichen Ganganalysesystems unter realen Bedingungen konzentrieren. Die Idee ist, ein System bereitzustellen, das menschliche Gangparameter basierend auf selbst erstellten Smartphone-Videos automatisch bewerten kann. Das System sollte in der Lage sein, die relevanten Gangphasen zu erkennen und daraus die entscheidenden Gangparameter zu berechnen.  Fortgeschrittene maschinelle Lern-/Tiefenlernmethoden werden verwendet, um die relevanten Gangartenmerkmale aus dem Video zu extrahieren. Diese Funktionen werden für eine bessere Klassifizierung von kranken und normalen Probanden sowie für die Früherkennung von gangbezogenen Problemen und die Überwachung des Fortschritts des Patienten genutzt.
  Herr Abbasi hat seinen Bachelor- und Master-Abschluss in Informatik an der University of Azad Jammu and Kashmir Muzaffarabad, Pakistan, abgeschlossen.  Seine Forschungsthemen konzentrierten sich auf die Analyse des menschlichen Gehens und die Verarbeitung von Zeitreihen. Für seine Doktorarbeit erhielt er ein Stipendium vom DAAD und der pakistanischen Hochschulkommission.

Das Institut für Biomedizinische Technik begrüßt Herrn Alexander Anton als neuen wissenschaftlichen Mitarbeiter. Er ist seit September 2019 teil des Teams und sein Forschungsschwerpunkt wird auf der intraoperativen Visualisierung von Nervenfasern des menschlichen Gehirns liegen. Aufgrund ihrer doppelbrechenden Eigenschaften kann die Orientierung von Nervenfasern mit Hilfe von polarisiertem Licht optisch erfasst werden. Ziel der Forschungsarbeit ist ein geeignetes und anwendbares polarisationsempfindliches Bilderfassungs- und Verarbeitungssystem, mit dem eine intraoperative, optische Verfolgung von Nervenfasern möglich ist. Ein solches System wäre ein großer Fortschritt für die Neurochirurgie und könnte weitere Vorteile im Bereich der intraoperativen Diagnostik bringen.
  Herr Anton absolvierte sein Masterstudium der Medizintechnik an der Universität Stuttgart. Seine Forschungsschwerpunkte lagen im Bereich der optischen Verfahren und Systeme in der Medizintechnik sowie in der Biomechanik und Bionik.

Vom 23. bis 27. Juli 2019 war das Institut für Biomedizinische Technik mit 15 Teilnehmern auf der 41. Internationalen Konferenz für Technik in der Medizin und Biologie vertreten. Acht Poster, fünf Vorträge sowie zahlreiche Sitzungsvorsitze präsentierten Karlsruhe stark bei der Konferenzausgabe im Heimatland. Als Vorsitzender des Programmkomitees verlieh Olaf Dössel der Tagung eine besondere Note.  Beeindruckt vom breiten Spektrum der diskutierten Themen unter Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen aus aller Welt reiste die Delegation des IBT motiviert nach Hause.

Die Konferenz fand im Juni in Sendai, Japan statt. Die Arbeitsgruppe Herzmodellierung des IBT präsentierte ihre Arbeit "The Inverse Problem of Cardiac Mechanics Estimation of Cardiac Active Stress from Endocardial Motion Tracking“ als eingeladener Vortrag im Rahmen des Minisymposiums „Mathematical and Numerical Modeling of the Heart Function“.

Der Bewilligungsausschuss der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat beschlossen den Sonderforschungsbereich 1173 "Wellenphänomene: Analysis und Numerik“ für 4 weitere Jahre zu fördern. Gemeinsam mit unseren Partnern aus der Mathematik arbeiten wir in Projekt B7 "Dynamics of electro-cardiac depolarization waves“. Ein neuer Schwerpunkt in der ab Juli startenden 2. Förderphase ist die Kopplung des natürlichen Schrittmachers des Herzens, des Sinusknotens, mit dem umgebenden Herzgewebe.

Zwei wissenschaftliche Mitarbeiter des IBT, Laura Unger und Mark Nothstein, nahmen zusammen mit Institutsleiter Olaf Dössel an der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kardiologie (DGK) in Mannheim teil. Der Kongress mit starkem klinischen Fokus war eine gute Gelegenheit einen Einblick in die Fragestellungen und klinischen Herausforderungen der Ärzte zu erhalten. Während Laura Unger mehrere Projekttreffen im Rahmen der Tagung wahrnahm, vertrat Mark Nothstein das Verbundprojekt (KIT, Universitäts-Herzzentrum Freiburg / Bad Krozingen, Städtisches Klinkum Karlsruhe) auf dem Kongress als Vortragender in einer Postersession und hatte die Chance seinen Ansatz zur Quantifizierung pathologischen Gewebes mit den Ärzten zu diskutierten. Anschließend wurde sein Beitrag ausgewählt, um in Form eines Interviews auf der Ärzteplatform „esanum“ veröffentlicht zu werden.

Drei Mitglieder des IBTs (Luca Azzolin, Axel Loewe, Giorgio Luongo) nahmen am Gordon Research Seminar und der Conference on Cardiac Arrhythmia Mechanisms in Lucca (Barga), Italien, teil. Sie leisteten mit jeweils einem Poster einen Beitrag den sie mit anderen führenden Experten auf verschiedenen Gebieten im Zusammenhang mit Herzrhythmusstörungen diskutieren konnten: von Computermodellierung über Elektrophysiologie bis hin zu Experimenten. Es war eine einzigartige Gelegenheit, die hochaktuellen Vorträge herausragender Wissenschaftler zu hören, die über unveröffentlichte Entdeckungen berichteten. Luca Azzolin hatte die Ehre, für seinen Beitrag zur Konferenz eines der Reisestipendien der Deutschen Herzstiftung zu erhalten und Axel Loewe leitete das Gordon Research Seminar zusammen mit Mathilde Rivaud vom Amsterdam Medical Center.

Im Rahmen der International Konferenz SPIE Photonic West in San Francisco, CA, USA präsentiert Andreas Wachter seine aktuellen Ergebnisse. Die Arbeit „Development of a real-time virtual reality environment for visualization of fully digital microscope datasets” wurde im Rahmen der Postersession vorgestellt.

Axel Loewe wurde im Rahmen des Ehrenabend des Präsidenten des KIT für den Erfolg im Rahmen des Gips-Schüle-Nachwuchspreises geehrt. Im Casino am Campus Nord erlebten rund 80 geladene Gäste ein dreistündiges, von Menüpausen flankiertes Programm. Neben der Verleihung der KIT-Doktorandenpreise standen diejenigen Mitarbeiter im Fokus, die im vergangenen Jahr bedeutende Preise und Förderungen ans KIT geholt haben.

Forscher des IBT und des Städtischen Klinikums Karlsruhe haben eine Methode zur personalisierten Abschätzung des Risikos für Vorfhofflattern mittels Computermodellen entwickelt und im Fachblatt „Frontiers in Physiology“ veröffentlicht. Das neuartige Verfahren erlaubt alle Pfade entlang derer Vorhofflattern auftreten kann patientenindividuell zu identifizieren und so die Effekte von therapeutischen Eingriffen wie Katheterablation oder Medikamenten im Vorfeld abzuschätzen.

Wie wirkt sich ein vergrößerter linker Vorhof auf das Elektrokardiogramm (EKG) aus? Sollte es gelingen, in Zukunft linksatriale Vergrößerungen zuverlässig mit Hilfe des EKG zu erkennen, wäre eine kostengünstige Alternative gegenüber aufwendigen bildgebenden Verfahren gefunden, um einen wichtigen Risikofaktor für Vorhofflimmern zu identifizieren. Um diese Frage zu beantworten, haben Forscher des IBT virtuelle Kopien des linken Vorhofs vergrößert und anschließend die EKGs in einem Computermodell simuliert. Dadurch konnte gezeigt werden, wie sich verschiedene Formen und Stufen einer linksatrialen Vergrößerung auf das EKG auswirken und anhand welcher Merkmale sie möglicherweise in klinischer Praxis zu detektieren sind. Ein besonders interessantes Ergebnis ist, dass der klinisch häufig verwendete Marker „PTF-V1“ eher Anzeichen für eine verdickte Vorhofwand als für einen vergrößerten Vorhof ist.

In diesem Jahr wurde die Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Technik (DGBMT) in Aachen ausgetragen.
Unter den vielen wissenschaftlichen Beiträgen war das IBT in diesem Jahr mit 16 Beiträgen vertreten und gehörte damit zu den stärksten Gruppen. Darüber hinaus belegten Armin Müller und Tamara Wirth den 7. und den 8. Platz beim Studentenwettbewerb der DGBMT.

Die IBT Wissenschaftler Axel Loewe und Olaf Dössel haben gemeinsam mit klinischen Partnern des Universitäts-Herzzentrums Freiburg-Bad Krozingen den Preis für Patientensicherheit (2. Platz) gewonnen. Die prämierte Arbeit führt zwei neue EKG-basierte Verfahren zur unmittelbaren Beurteilung des Erfolgs der Katheterablation zur Beendigung von Perimitralflattern ein. Perimitralflattern ist eine Herzrhythmusstörung der Vorhöfe, die besonders häufig infolge von Ablation von Vorhofflimmern auftritt. Die Methoden wurden mittels medizintechnischer Simulationen gründlich evaluiert und im Rahmen einer klinischen Studie mit Validierungskohorte erprobt. Zukünftig können sie in den Standardnutzungsprozess der medizintechnischen Mappingsysteme integriert werden. Die vorgeschlagenen Größen zur unmittelbaren Beurteilung des Ablationserfolgs haben das Potential die Patientensicherheit maßgeblich durch eine Verkürzung der invasiven Prozedurzeit sowie eine Steigerung der Erfolgsrate und der damit einhergehenden Senkung der Zahl von Folgeeingriffen zu erhöhen.

Wissenschaftler der IBT haben mit drei Beiträgen bei der CinC Konferenz in Maastricht, Holland teilgenommen. Das Poster zum Thema "Electro-Mechanical Delay in the Human Heart: A Study on a Simple Geometry" hat einen Preis gewonnen. Zusätzlich waren Mitglieder des Instituts bei der Organisation und Durchführung des Internationalen Konsortiums zum Thema Inverse Probleme involviert.

Jede elektrische Erregungsausbreitung im Herzen erzeugt ein charakteristisches zeitlich-räumliches Muster von Potentialen an der Körperoberfläche.
Am IBT wurde nun eine Methode zur EKG-Bildgebung entwickelt, welche diesen zeitlich-räumlichen Zusammenhang ausnutzt, indem gemessene Oberflächenpotentiale als Überlagerung grundlegender Potentialmuster dargestellt werden, zu welchen das zugehörige Erregungsmuster bekannt ist. Die neuartige Methode wurde in der Fachzeitschrift „Frontiers in Physiology“ veröffentlicht.
Es konnte gezeigt werden, dass der Ursprung simulierter Extrasystolen in den Vorhöfen robuster und genauer aus verrauschten Messdaten rekonstruiert werden kann als mit einer verbreiteten Vergleichsmethode.

Wir begrüßen Herrn Luca Azzolin als neuen wissenschaftlichen Mitarbeiter am Institut für Biomedizinische Technik, der seine Arbeit am 1. Juli 2018 begonnen hat. Im Rahmen des MY-ATRIA Innovative Training Network (ITN), gefördert durch das Marie-Skłodowska-Curie-Programm der Europäischen Kommission (Horizont 2020), wird Herr Azzolin in der Modellierungsgruppe des IBT an einem integrierten und personalisierten Computermodell der Atrien für die effiziente Ablationstherapie arbeiten. Die erwarteten finalen Ergebnisse sollen für Kardiolegen ein hilfreiches Werkzeug bei der Vorhersage von Ablationsresultaten sein.

Herr Azzolin absolvierte sein Bachelor- und Masterstudium der Ingenieurswissenschaften und Computational Science am Polytechnikum Mailand. Seine Forschungsschwerpunkte lagen im Bereich elektromechanischer Modellierung und Computersimulationen der menschlichen Ventrikel.

2018 feierte die internationale Konferenz ihren 15. Geburtstag in Deutschland in Magdeburg. Getreu dem Konferenzmotto „Bringing together international PhD and MD experts“ präsentierte Yannick Lutz seine Arbeit über die Erstellung eines numerischen Modells zur Bestimmung der zerebralen und systemischen Temperatur für die Behandlung des ischämischen Schlaganfalls. Durch die Entwicklung eines neuen Kühlkatheters ist das schnelle Erreichen lokaler therapeutischer Hypothermie im Gehirn möglich, wodurch effizient zerebrale Schäden und mögliche Nebenwirkungen systemischer Hypothermie reduziert werden können.

Michael Kircher wurde auf der 19. Internationalen Konferenz für Biomedizinische Anwendungen der Elektrischen Impedanz Tomographie mit dem „Best Student Paper Award“ ausgezeichnet. Die Konferenz fand in diesem Jahr in Edinburgh vom 11. – 13. Juni statt. Der Award wurde von der Institute of Physics (IOP) Gesellschaft gesponsert.

Gemeinsam mit Ärzten des Universitäts-Herzzentrums Freiburg · Bad Krozingen haben Forscher des IBT eine neue Methode zur unmittelbaren Beurteilung des Behandlungserfolgs in der Fachzeitschrift „JACC Clinical Electrophysiology“ veröffentlicht. Konkret geht es darum, die Vollständigkeit einer anterioren Mitrallinie bei Ablation wegen Vorhofflattern im linken Vorhof mithilfe des Oberflächen-EKGs zu beurteilen. Durch die neue Methode könnte sich die Dauer des invasiven Eingriffs künftig merklich verkürzen und die Erfolgsrate steigen. Die klinische Studie wurde mit Computersimulationen des IBT ergänzt und untermauert.

Die Medizintechnik steht im Fokus der Robotics Innovation Competition, einer Zusammenarbeit zwischen Zeiss und dem KIT.

Technologies (Health Care)
• Tracking and referencing
• Smart instruments as control module
• Real-time control with sensor feedback
• Reinforcement Learning
 
Application (Health Care)
• Microsurgery, e.g. Resection of tumorous tissue
• Ophtalmology, e.g. Interventions on the retina
• Surgery process, e.g. Recognition of persons, role and situations

Prof. Dr. Olaf Dössel wurde zum Fellow of the European Alliance for Medical and Biological Engineering and Science ernannt.
In der Ernennungsurkunde heisst es: „In recognition of distinguished leadership and important contributions to research and advocacy of Medical and Biological Engineering and Science“.
Die Urkunde wurde am 13. März auf einer Festveranstaltung in London übergeben.

Katheterablation von Vorhofflattern ist klinisch auch heute noch eine Herausforderung. Wissenschaftler des IBT haben eine Methode entwickelt, die Signale aus dem Herzen automatisiert verarbeitet und zeitlich-räumliche Zusammenhänge ausnutzt. Die Art der Herzrhythmusstörung sowie die kritischen Bereiche des Vorhofs können so automatisch identifiziert werden. Die Methode könnte zu einer besseren Therapie von komplexen Vorhofflimmerfällen beitragen und wurde in der Fachzeitschrift "IEEE Transactions on Biomedical Engineering" veröffentlicht.

Autoren des IBT haben einen Kommentar zu einem kürzlich in der Fachzeitschrift "Frontiers in Physiology" erschienenen Artikel publiziert. Im Kommentar heben Axel Loewe und Olaf Dössel die Leistung von Shim et al. hervor, die computergestützt individualisierte Therapiestrategien zur Katheterablation von Vorhofflimmern vorgeschlagen haben. Auf der anderen Seite wird aufgezeigt wo Potential für weitere Optimierung der computergestützten personalisierten Therapie besteht. Der Einsatz von Computermodellen zur besseren Behandlung von Vorhofflimmern ist einer der Forschungsschwerpunkte des IBT.

Forscher des IBT haben gemeinsam mit Elektrophysiologen aus dem Klinikum Karlsruhe einen Artikel veröffentlicht, der eine neue Methode zur Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit im Herzen vorstellt. Der Ansatz basiert auf Triangulation und kann die Erregungsleitgeschwindigkeit der Depolarisationwelle im Herzen basierend auf Kathetermessungen aus dem Herzen berechnen. Sowohl Computersimulationen als auch klinische Messungen wurden verwendet, um die neue Methode zu validieren.

Gemeinsam mit unseren Kooperationspartnern Prof. Schmitt und Dr. Luik vom Städtischen Klinikum Karlsruhe ​diskutiert Prof. Dössel in der Sendung "Klinik Talk" über Herzrhythmusstörungen. Die Sendung wird über den Sender BadenTV ausgestrahlt und ist online verfügbar.

Mitarbeiter des IBT waren mit insgesamt 8 Beiträgen an der internationalen Konferenz CinC in Rennes, Frankreich vertreten. Dabei wurden die wissenschaftlichen Beiträge des IBT auch ausgezeichnet: Zum einen erreichte die Arbeit „ECG as a tool to estimate potassium and calcium concentrations in the extracellular space“ das Halbfinale des Young Investigator Awards. Außerdem erhielt die Arbeit „An Interactive Virtual Reality Environment for the Analysis of Clinical Atrial Arrhythmias and Ablation Planning“ den Posterpreis. Weiterhin waren Angehörige des Instituts als Session-Leiter und als Organisatoren des Hackathons bzgl. des Inversen Problems involviert.

01.09.2017

Das Institut für Biomedizinische Technik begrüßt Herrn Tobias Gerach als neuen wissenschaftlichen Mitarbeiter. Im Rahmen des Sonderforschungsbereich 1173: Wellenphänomene, arbeitet Herr Gerach zusammen mit der Arbeitsgruppe Herzmodellierung an der Erforschung von Depolarisationswellen im menschlichen Herzen.

Sein Studium hat Herr Gerach am Karlsruher Institut für Technologie im Fach Geophysik abgeschlossen. In seinen Abschlussarbeiten am Geophysikalischen Institut hat er die Ausbreitung seismischer Wellen in der Erde erforscht. Der Schwerpunkt seiner Forschungsarbeit war die Simulation seismischer Wellen und die Inversion vollständiger, seismischer Wellenfelder im maritimen Umfeld.

Während der Radiofrequenzablation führt eine lokale Hyperthermie zu reversiblen und irreversiblen elektrophysiologischen Veränderungen des Herzmuskels. In einer kürzlich veröffentlichten in-vitro Studie wurden die Veränderungen der Ausbreitungsgeschwindigkeit im Herzgewebe von Ratten bei hyperthermischen Bedingungen durch die Kombination fluoreszenz-optischer sowie elektrischer Techniken untersucht. Die Erkenntnisse dieser Studie können zur Weiterentwicklung von Computermodellen mit Ablationsläsionen genutzt werden.

01.07.2017

In der kommenden Ausgabe der "Zeitschrift für Medizinische Physik“ erscheint ein Übersichtsartikel zum Thema „Computermodelle des menschlichen Herzens“ von Olaf Dössel und Axel Loewe vom IBT. Der Artikel der Rubrik „Forum" fasst den Stand der Technik bezüglich der Modellierung der kardialen Elektrophysiologie, der Elastomechanik, der Fluiddynamik und des Kreislaufsystems zusammen. Sowohl Potential als auch Herausforderungen dieses komplementären Forschungsansatzes werden diskutiert.

Am 27. April fand der Girls’ Day 2017 statt.  Auch das IBT wollte den Mädchen aus der fünften bis zwölften Klasse das Thema Medizintechnik näher bringen. 19 Mädchen meldeten sich für unseren angebotenen Workshop “Technik im Krankenhaus – Herz- und Lungenaktivität sichtbar machen“ an. Inhalte des Workshops waren die elektrische Impedanztomographie, Photoplethysmographie und die Elektrokardiographie. Die kurzen, ins Thema einführenden, Vorträge und die anschließenden Versuche, wurden sehr positiv aufgenommen. Die aktive Teilnahme der Besucherinnen  an den in den Vortrag eingebauten Fragen und auch bei den Experimenten machten den Workshop zu einem für alle sehr spaßigem Event. Wir danken den Organisatoren, Helfern, Teilnehmern herzlich für ihr Engagement und freuen uns auf den nächsten Girls’ Day 2018!

Das sogenannte ST-Segment im EKG spielt eine entscheidende Rolle bei der Diagnose von Myokardinfarkten. In einer kürzlich erschienenen Publikation des IBT wurde der Einfluss von verschiedenen Filterungsmethoden auf das ST-Segment untersucht. Realistische simulierte EKGs mit akuten Myokardinfarkt und überlagertem bekanntem Rauschen wurden zur Auswertung herangezogen. Es zeigte sich, dass bekannte Methoden zur Filterung das ST-Segment vereinzelt im Vergleich zum ungefilterten rauschfreien EKG so weit verändern können, dass die diagnostische Aussage dadurch verfälscht werden könnte.

23.12.2016
Wissenschaftler des IBT konnten in Zusammenarbeit mit Kardiologen aus Lund in Schweden Mechanismen identifzieren, die zum Entstehen des Vorhof-EKGs (P-Welle) beitragen. Speziell Ergebnisse hinsichtlich des begrenzten Beitrags des linken Vorhofs sowie des Einflusses des Ortes der frühesten Erregung wurden in der renommierten Fachzeitschrift „Europace“ der European Society of Cardiology (ESC) veröffentlicht.

6. Oktober 2016
Mit 19 Teilnehmern und 17 wissenschaftlichen Beiträgen war das IBT als eine der stärksten Gruppen auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik (DGBMT) vertreten, die dieses Jahr gemeinsam mit den Osterreichischen und Schweizer Gesellschaften in Basel stattfand (D-A-CH). Robin Andlauer und Joachim Greiner belegten darüber hinaus Platz 1 und 2 beim Studentenwettbewerb.

14. September 2016
Das IBT konnte bei der Konferenz „Computing in Cardiology“ mit den vorgestellten Forschungsarbeiten überzeugen und gewann zahlreiche Preise. Axel Loewe gewann den Rosanna Degani Young Investigator Award (YIA) mit der Arbeit "Left Atrial Hypertrophy Increases P-Wave Terminal Force Through Amplitude but not Duration“. Außerdem wurden die Arbeiten des IBT mit 2 Posterpreisen, einer YIA-Halbfinalteilnahme und 2 Mortara Fellowships ausgezeichnet. [Mehr] [Konferenz Webseite]

14. April 2016
Der Lehrpreis der Fakultät für Elektro- und Informationstechnik des KIT wurde an Gustavo Lenis (IBT) für die Konzeption der Video-Übung zur Vorlesung  “Lineare Elektrische Netze” im Rahmen der Jahresfeier des KIT verliehen. [Mehr]