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Projektnummer

A02

Projekttitel

Multiskalenmodelle für Simulationsstudien zu elektrisch aktiven Implantaten unter Berücksichtigung von Unsicherheiten in den Eingangsdaten

Projektleitung

Mitarbeiter

Dr. Yogesh D. Bansod
Julius Zimmermann
Constantin Butenko

Institution

Institut für Allgemeine Elektrotechnik, Universität Rostock

Zusammenfassung des Arbeitsprogramms

Für Therapien, die elektrisch aktive Implantate einsetzen, sind numerische Modelle zur Bestimmung der resultierenden elektrischen Feldverteilung im Zielgewebe von zentraler Bedeutung. Nur Multiskalenmodelle, die auch interagierende bioelektrische, biochemische, biomechanische und thermische Effekte beinhalten, entsprechen dem spezifischen Charakter des biologischen Gewebes. Wir erforschen und verfeinern geeignete Finite-Elemente-basierte mikro- und makroskopische Modelle für Knochen, Knorpel und tiefe Hirnstrukturen sowie mathematische Methoden zur erforderlichen Verbindung der Skalen und zur Unsicherheitsquantifizierung – letztere da die dielektrischen Gewebeeigenschaften große Variationen aufweisen. Dies schafft die Voraussetzung für Simulationsstudien, die dazu beitragen, bestmögliche und robuste interindividuelle Stimulationsparameter und damit eine sicherere Therapieplanung herzuleiten.

Bibliography

Duy Truong, Christian Rüdiger Bahls, and Ursula van Rienen:
An ecient 2D implementation of a bio-chemo-mechanical modelemploying a quadratic representation to study cells on micro-postarrays
Finite Elements in Analysis and Design, volume 146:pages 16-27, jul 2018.
Funded by RTG 1505 Welisa (D. Truong)
URL dx.doi.org/10.1016/j.finel.2018.04.004

Y. Bansod, T. Matsumoto, K. Nagayama, and J. Bursa:
A Finite Element Bendo-Tensegrity Model of Eukaryotic Cell
ASME. J Biomech Eng., April 2018
URL dx.doi.org/10.1115/1.4040246

Ursula van Rienen, Ulf Zimmermann, Hendrikje Raben, and Peer W. Kämmerer:
Preliminary Numerical Study on Electrical Stimulation at Alloplastic Reconstruction Plates of the Mandible
In Scientifc Computing in Electrical Engineering, pages 3-11. Springer International Publishing, 2018. Financed by budgetary resources bzw. Landesgraduiertenstipendium (H. Raben); H. Raben is IRTG-member
URL dx.doi.org/10.1007/978-3-319-75538-0_1

Kiran Kumar Sriperumbudur, Hans Wilhelm Pau, and Ursula van Rienen:
Effect of Tissue Heterogeneity on the Transmembrane Potential of Type-1 Spiral Ganglion Neurons: A Simulation Study
IEEE Transactions on Biomedical Engineering, volume 65(3):pages 658-668, mar 2018. Funded by RTG 1505 Welisa
URL dx.doi.org/10.1109/tbme.2017.2700361

Christian Schmidt, Eleanor Dunn, Madeleine Lowery, and Ursula van Rienen:
Uncertainty Quanti cation of Oscillation Suppression During DBS in a Coupled Finite Element and Network Model
IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, volume 26(2):pages 281-290, feb 2018. Cooperation with University College Dublin; nanced by respective budgetary resources
URL dx.doi.org/10.1109/tnsre.2016.2608925

Christian Rüdiger Bahls, Duy Truong, and Ursula van Rienen:
Semi-analytical representation of the activation level in stress fibre directions as alternative to the angular representation in the biochemo-mechanical model for cell contractility
Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, volume 77:pages 527-533, jan 2018. Funded by RTG 1505 Welisa (D. Truong)
URL dx.doi.org/10.1016/j.jmbbm.2017.10.011

Christian Schmidt and Ursula van Rienen:
Adaptive Estimation of the Neural Activation Extent in Computational Volume Conductor Models of Deep Brain Stimulation
IEEE Transactions on Biomedical Engineering, pages 1-1, 2017. Financed by budgetary resources
URL dx.doi.org/10.1109/tbme.2017.2758324

R. Bestel, R. Appali, U. van Rienen, and C. Thielemann:
Effect of Morphologic Features of Neurons on the Extracellular Electric Potential: A Simulation Study Using Cable Theory and Electro-Quasi-Static Equations
Neural Computation, volume 29(11):pages 2955-2978, nov 2017. Cooperation with Hochschule Ascha enburg; nanced by respective budgetary resourcesl bzw. DFG-Projekt AP 259/1-1 (R. Appali)
URL dx.doi.org/10.1162/neco_a_01019

Hendrikje Raben, Christian Schmidt, Karthik Sridhar, Peer W. Kämmerer, and Ursula van Rienen:
Numerical design studies on a novel electrostimulative osteosynthesis system for the mandible
Current Directions in Biomedical Engineering, volume 3(2), jan 2017. Financed by budgetary resources, GRK 1505 welisa (K. Sridhar) bzw. Landesgraduiertenstipendium (H. Raben); H. Raben is IRTG-member
URL dx.doi.org/10.1515/cdbme-2017-0128

Vorträge

U. van Rienen:
Collaborative Research Centre 1270 ELAINE,
acatech Themennetzwerk Gesundheitstechnologie, Frankfurt am Main, Deutschland, Februar 2018

U. van Rienen:
Computational Studies on the Volume of Activated Tissue in Deep Brain Stimulation,
Invited Talk, Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences, Leipzig, Deutschland, Februar 2018

U. van Rienen:
SFB 1270 ELAINE - ELektrisch Aktive ImplaNtatE,
Research Workshop, University Medical Center, Rostock, Deutschland, November 2017