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STIMULATE research group Medical Flows publishes high-profile study on risk assessment of cerebral aneurysms
The Research Campus STIMULATE achieved a significant scientific success with the publication of the study ‘Resolving high frequency fluctuations in cerebral aneurysm haemodynamics: the critical role of high-fidelity simulations and heart rate effects’ in the international journal Computer Methods and Programs in Biomedicine (Impact Factor 4.8). The work was carried out by the STIMULATE Medical Flows research group under lead author Dr Jana Korte and in close international collaboration with partners from Cairo University, Pennsylvania State University and the University of Magdeburg.
In the study, the researchers examined blood flow in a patient-specific cerebral aneurysm at different heart rates. Using high-resolution direct numerical simulations (DNS), they were able to show that even at low flow rates, high-frequency fluctuations can occur that are associated with an increased risk of rupture. These critical flow phenomena were not reliably captured in low-resolution simulations, although these initially yielded comparable results in terms of mean values. The results further illustrated that at elevated heart rates, complex vortex structures and high-frequency velocity changes can occur that are only visible through high-precision simulations.
These findings are highly relevant for the healthcare system: they enable a more accurate individual risk assessment of aneurysms, support more informed clinical decisions and contribute to the more targeted use of minimally invasive procedures. In the long term, this can increase patient safety, avoid unnecessary treatments and make more efficient use of healthcare resources.
The publication can be viewed here.
The research was partly funded by the Federal Ministry of Research, Technology and Space as part of the STIMULATE Research Campus (grant number 13GW0835A), by the German Research Foundation (project number 548907942) and by the European Regional Development Fund (ZS/2023/12/182010), as well as by a Career Development Award from the American Heart Association (AHA) (grant number 94035). The authors would like to express their sincere thanks to the Gauss Centre for Supercomputing e.V. for funding this project as part of the pn52mi grant scheme by providing computing time on the GCS supercomputer SuperMUC-NG at the Leibniz Supercomputing Centre.
STIMULATE-Forschungsgruppe Medical Flows veröffentlicht hochrangige Studie zur Risikobewertung zerebraler Aneurysmen
Der Forschungscampus STIMULATE erzielte einen bedeutenden wissenschaftlichen Erfolg mit der Veröffentlichung der Studie „Resolving high frequency fluctuations in cerebral aneurysm hemodynamics: the critical role of high-fidelity simulations and heart rate effects“ im internationalen Fachjournal Computer Methods and Programs in Biomedicine (Impact Factor 4.8). Die Arbeit entstand in der STIMULATE-Forschungsgruppe Medical Flows unter der Erstautorin Dr. Jana Korte und in enger internationaler Zusammenarbeit mit Partnern der Universität Kairo, der Pennsylvania State Universität sowie der Universität Magdeburg.
In der Studie untersuchten die Forschenden die Blutströmung in einem patientenspezifischen zerebralen Aneurysma unter verschiedenen Herzfrequenzen. Mithilfe hochaufgelöster direkter numerischer Simulationen (DNS) konnte gezeigt werden, dass selbst bei niedrigen Flussraten hochfrequente Fluktuationen auftreten können, die mit einem erhöhten Rupturrisiko in Verbindung stehen. Diese kritischen Strömungsphänomene wurden bei gering aufgelösten Simulationen nicht zuverlässig erfasst, obwohl diese in Mittelwerten zunächst vergleichbare Ergebnisse lieferten. Die Ergebnisse verdeutlichten weiterhin, dass bei erhöhten Herzfrequenzen komplexe Wirbelstrukturen und hochfrequente Geschwindigkeitsänderungen auftreten können, die nur durch hochpräzise Simulationen sichtbar werden.
Für das Gesundheitssystem sind diese Erkenntnisse von hoher Relevanz: Sie ermöglichen eine genauere individuelle Risikobewertung von Aneurysmen, unterstützen fundiertere klinische Entscheidungen und tragen dazu bei, minimal-invasive Eingriffe gezielter einzusetzen. Langfristig kann dies die Patientensicherheit erhöhen, unnötige Behandlungen vermeiden und Ressourcen im Gesundheitswesen effizienter nutzen.
Die Publikation kann hier eingesehen werden.
Die Forschungsarbeiten wurden teilweise vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt im Rahmen des Forschungscampus STIMULATE (Fördernummer 13GW0835A), von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Projektnummer 548907942) und vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (ZS/2023/12/182010) sowie durch einen Career Development Award der American Heart Association (AHA) (Fördernummer 94035) gefördert. Die Autoren danken dem Gauss Centre for Supercomputing e.V. herzlich für die Finanzierung dieses Projekts im Rahmen des Förderprojekts pn52mi durch die Bereitstellung von Rechenzeit auf dem GCS-Supercomputer SuperMUC-NG am Leibniz-Rechenzentrum.