Meine Verteidigung hat am 10. Juni 2025, 10:00 im Schloss von Arenberg in Leuven, Belgien stattgefunden.

Veranstaltungsort

Als älteste Universität im Benelux befindet sich die KU Leuven in historischen Gebäuden verschiedenster Baustile und Epochen. Mir ist es eine Ehre, Sie in das Schloss von Arenberg aus dem 16. Jahrhundert einzuladen. Es liegt ein paar Kilometer außerhalb von Leuven.

Zeitplan

Empfehlungen

Man sollte sich auf jeden Fall die Innenstadt von Leuven ansehen. In der historischen Altstadt befinden sich das Rathaus (Historisch Stadhuis van Leuven), der alte Marktplatz (Oude Markt) und der Beginnenhof (Groot Begijnhof).

Belgien ist bekannt für starke Biere, herzhaftes Essen und Schokolade. Typisch belgisches blondes Bier sollte man definitiv mal probiert haben – oder stärkere Blondbiervarianten Dubbel und Triple, oder ein Kriek Kirschbier. Stoofvlees ist eines der Nationalgerichte Belgiens, ein kräftiger Fleischeintopf, ähnlich zu Gulasch, welches gerne mit belgischen Fritten mit Mayo gegessen wird, den besten Pommes der Welt. Moules frites – Muscheln mit Pommes – sind auch ein beliebtes belgisches Gericht. Neuhaus macht meiner Meinung nach die besten belgischen Pralinen; Jean Neuhaus hat die Praline erfunden und seine Frau ist die Erfinderin des Ballotin – einer stabilen Pralinenschachtel zum Schutz der fragilen Pralinen.

Dissertation

Bei der öffentlichen Verteidigung wurden die Dissertationsbücher verteilt. Eine digitale Version der Abschlussarbeit ist aber auch online verfügbar.

Zusammenfassung

Herzrhythmusstörungen wie Vorhof- und Kammertachykardie und -flimmern können auf verschiedene Arten behandelt werden. Diese Arrhythmien sind durch eine abnorme elektrische Aktivität im Herzen gekennzeichnet, in der das Gewebe wieder und wieder erregt wird, wie zum Beispiel in Spiralwellen. Ärzte können zwischen verschiedenen Methoden wählen, die von Medikamenten bis hin zu chirurgischen Eingriffen wie der Ablation oder der Implantation eines Schrittmachers oder Defibrillators reichen. Diese Entscheidungen hängen von einer Vielzahl von Faktoren ab, die letztlich alle darauf hinauslaufen, die elektrische Aktivität so zu beeinflussen, dass ein gesunder Herzrhythmus wiederhergestellt wird.

Es ist nicht immer klar, welche Behandlung für einen bestimmten Patienten die beste ist und welches Ergebnis zu erwarten ist. Die Diagnose und Behandlung der Ursache einer Arrhythmie, zum Beispiel durch Lokalisierung von wiederkehrender Erregung, ist ein komplexer Prozess, bei dem auch die einzigartige Anatomie und Physiologie jedes Patienten berücksichtigt werden sollte. Aus diesem Grund sind personalisierte Computermodelle des Herzens – so genannte kardiale digitale Zwillinge – vielversprechend für die Zukunft der Kardiologie.

Die Erstellung von Computermodellen der elektrischen Aktivität auf der Ebene einzelner Zellen des Herzmuskels ist nach wie vor eine Herausforderung. Die Reaktion einzelner Zellen auf Stimuli muss gemessen und dann zu einem Modell kombiniert werden, das dann auch in der Lage sein sollte, das Verhalten auf Gewebe- und Organebene vorherzusagen – was ein großer Sprung sein kann, der umfangreiche Validierung erfordert.

In dieser Dissertation erforschen wir computergestützte Methoden für die personalisierte Modellierung der Elektrophysiologie des Herzens. Wir erstellen Softwarepakete zur numerischen Simulation der Reaktions-Diffusions-Gleichungen für die elektrische Aktivität des Herzens. Wir entwickeln auch Methoden, um die Zentren von Spiralwellen im Herzen als Phasendefekte zu erkennen und zu untersuchen. Wir beschreiben die Entstehung von Herzrhythmusstörungen durch Quasiteilchen in Feynman-ähnlichen Diagrammen. Außerdem erstellen wir datengesteuerte Modelle für die Elektrophysiologie des Herzens direkt aus optischen Aufnahmen der elektrischen Spannung in Monolayern – Videos der Erregungswellen in zweidimensionalen Gewebeproben.

Während das reaktions-diffusions-basierte Softwarepaket für sehr detaillierte Simulationen der elektrischen Muster im Herzen verwendet werden kann, vereinfacht der neuartige datengesteuerte Ansatz die Erstellung von Modellen, die auf einzelne Gewebeproben ausgelegt sind, bei wesentlich geringeren Rechenkosten. Die Dynamik von Spiralwellen kann allein aus den Daten von radialen Wellen vorhergesagt werden. Der Phasendefekt-Ansatz bietet eine neue Möglichkeit zur Untersuchung von wiederkehrender Erregung im Herzen: Mit der Quasiteilchen-Beschreibung konnten wir tiefere Einblicke in die Mechanismen der Arrhythmiebildung gewinnen.

Die vorgestellten Methoden sind weitere Schritte auf dem Weg zur Erstellung vollständig personalisierter digitaler Zwillinge des Herzens. In Zukunft könnte die Methode zur Erstellung datengesteuerter Modelle genutzt werden, um ein allgemeines Modell der Erregungswellen im Herzen zu einem patientenspezifischen Modell zu verfeinern. In Verbindung mit dem Phasendefektansatz könnte dies zu verbesserten Diagnose- und Behandlungsstrategien für Herzrhythmusstörungen führen, die dann wirklich individuell sind.