Computational Anatomy and Physiology

Das Ziel der Arbeitsgruppe "Computational Anatomy and Physiology" ist die Verbesserung des Verständnisses physiologischer Prozesse, die Prädiktion von Krankheitsentwicklungen und die individuelle Planung komplexer Therapien durch mathematische Modellierung, Simulation und Optimierung. Dazu entwickeln wir effiziente, adaptive Simulations-, Parameteridentifizierungs- und Optimierungsalgorithmen für gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen in verschiedenen biomedizinischen Anwendungen. Die entstehenden Algorithmen werden mit Software-Prototypen der Arbeitsgruppe Computational Diagnosis and Therapy Planning kombiniert, um innovative Lösungen für die personalisierte Medizin zu schaffen.

Aktueller Forschungsschwerpunkt sind Gelenkserkrankungen, wo wir die mechanische Belastung der Gelenke simulieren und identifizieren uns Implantatpositionen optimieren. Weitere Themen sind Herzsimulation, Rechtsmedizin, biologische und medizinische Bildgebung und neurale Enwicklungsprozesse. Zunehmende Komplexität der biomechanischen und physiologischen Prozesse wird immer wichtiger auf dem Weg zu Mehrskalen- Multi-Physik-, und Hybridmodellen, etwa bei der Kopplung von Mehrkörperdynamik und Elastomechanik oder von Elektrophysiologie, Herzmuskelkontraktion, Blutfluss und Gewebeumbau.

Ein weiteres Thema von wachsender Bedeutung ist die Quantifizierung von Unsicherheiten in Modellen und Daten, die sich auf die aus Simulationen, Parameteridentifizierung und Optimierung gezogenen Schlüsse auswirken.
Die in der Gruppe entwickelten Algorithmen werden in der Finite-Elemente-Toolbox Kaskade7 implementiert, einer von uns entwickelten flexiblen C++-Bibliothek. Die entwickelten Methoden finden auch jenseits des biomedizinischen Gebiets Anwendung. Gemeinsam mit anderen Arbeitsgruppen des ZIB arbeiten wir z.B. an Fragestellungen der Materialwissenschaften und Flugplanung.