Interstitial dynamics of the poroelastic brain and cerebral vasculature in humans

人体多孔弹性脑和脑血管系统的间质动力学

基本信息

  • 批准号:
    0756154
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-06-01 至 2013-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

CBET-0756154LinningerDiseases like stroke, tumors and hydrocephalus affect brain dynamics in millions of people worldwide. This project aims at advancing mathematical methods for studying soft tissue fluid interaction in the brain. The mathematical models will address large brain deformations in dynamic interaction with blood and cerebrospinal fluid motion with three salient features:an Euler-Lagrangian moving grid formulation for soft porous brain tissues; integration of cerebral vasculature into a porous deformable cell matrix.; and advancement of direct numerical solution algorithms based on inexact Newton-type methods with Krylov subspace iterations.For addressing the interdisciplinary nature of this project, the PI assembled a research team composed of biochemical engineers, two mathematicians, a neurosurgeon and an MRI physicist and biomedical engineer. Two major goals of the project are:Aim #1. Creation of a multi-scale fluid-structure interaction framework accounting for brain deformation mechanics with cerebrospinal fluid dynamics.Aim #2. We will incorporate realistic models of the cerebral vasculature.Existing models for computing large brain deformation dynamics are still unsatisfactory. The proposed holistic model of intracranial dynamics addresses key deficiencies. Specific aims (i) bridge the gap between recent advancements in medical imaging and rigorous mathematical analysis, (ii) create novel mathematical formulations for fluid-solid interaction for deforming soft porous media, and (iii) account for dilations of the cerebral vasculature. Comprehensive multi-phase models of brain, blood and cerebrospinal fluid interaction derived from patient-specific images have never been attempted before to the best of our knowledge. Currently quantitative analysis of medical images is slow, because there exists few mathematical methods for evaluating the interactions of blood, brain tissue and cerebrospinal fluid flow, distributed in the three-dimensional space and in time. Magnetic resonance imaging, angiography or computer tomography, will move forward biological and medical knowledge, when rigorous mathematical models to accurately predict transport phenomena become available. The proposed research will integrate existing medical imaging technology with mathematical modeling and scientific computing. The PI will share computational grids of human brains and symbolic codes for cerebral transport phenomena via the world-wide web. By this open internet approach, they will attract the interest of a growing scientific community. It is expected that this project will lay the mathematical foundations for a quantitative understanding of flow physics associated with the onset and progression of certain types of brain disorders. Thus, the project is prerequisite for generating better diagnostic and new treatment options in the future. The education plan provides specific steps for the dissemination of proposal outcomes and includes high school math and science education via the research experiences for teachers (RET), as well as outreach to minorities and underrepresented groups through undergraduate research (REU) mentorship.
CBET-0756154Linninger 中风、肿瘤和脑积水等疾病影响着全世界数百万人的大脑动态。 该项目旨在推进研究大脑中软组织流体相互作用的数学方法。该数学模型将解决与血液和脑脊液运动动态相互作用中的大脑变形,具有三个显着特征:软多孔脑组织的欧拉-拉格朗日移动网格公式;将脑血管系统整合到多孔可变形细胞基质中。以及基于 Krylov 子空间迭代的不精确牛顿型方法的直接数值求解算法的改进。为了解决该项目的跨学科性质,PI 组建了一个由生化工程师、两名数学家、一名神经外科医生、一名 MRI 物理学家和生物医学工程师组成的研究团队。该项目的两个主要目标是: 目标#1。创建一个多尺度流体-结构相互作用框架,用脑脊液动力学解释脑变形力学。目标#2。我们将结合脑血管系统的现实模型。用于计算大脑变形动力学的现有模型仍然不能令人满意。所提出的颅内动力学整体模型解决了关键缺陷。具体目标是(i)弥合医学成像最新进展和严格数学分析之间的差距,(ii)为软多孔介质变形的流固相互作用创建新颖的数学公式,以及(iii)解释脑血管系统的扩张。据我们所知,以前从未尝试过从患者特定图像中衍生出的大脑、血液和脑脊液相互作用的综合多相模型。目前医学图像的定量分析进展缓慢,因为很少有数学方法来评估分布在三维空间和时间上的血液、脑组织和脑脊液流的相互作用。当精确预测传输现象的严格数学模型可用时,磁共振成像、血管造影或计算机断层扫描将推动生物和医学知识的发展。拟议的研究将现有的医学成像技术与数学建模和科学计算相结合。 PI 将通过万维网共享人类大脑的计算网格和大脑传输现象的符号代码。通过这种开放的互联网方法,他们将吸引日益增长的科学界的兴趣。预计该项目将为定量理解与某些类型的脑部疾病的发作和进展相关的流动物理学奠定数学基础。因此,该项目是未来产生更好的诊断和新的治疗方案的先决条件。该教育计划提供了传播提案成果的具体步骤,包括通过教师研究经验(RET)进行高中数学和科学教育,以及通过本科生研究(REU)指导向少数族裔和代表性不足群体进行推广。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Andreas Linninger其他文献

Batch process development: From reactions to manufacturing systems
  • DOI:
    10.1016/s0098-1354(99)80232-4
  • 发表时间:
    1999-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    George Stephanopoulos;Shahin Ali;Andreas Linninger;Enrique Salomone
  • 通讯作者:
    Enrique Salomone
Image-guidance technology and the surgical resection of spinal column tumors
  • DOI:
    10.1007/s11060-016-2325-4
  • 发表时间:
    2016-11-28
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.100
  • 作者:
    Bhargav Desai;Jonathan Hobbs;Grant Hartung;Guoren Xu;Ziya L. Gokaslan;Andreas Linninger;Ankit I. Mehta
  • 通讯作者:
    Ankit I. Mehta
Current status of intratumoral therapy for glioblastoma
  • DOI:
    10.1007/s11060-015-1875-1
  • 发表时间:
    2015-08-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.100
  • 作者:
    Ankit I. Mehta;Andreas Linninger;Maciej S. Lesniak;Herbert H. Engelhard
  • 通讯作者:
    Herbert H. Engelhard

Andreas Linninger的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Andreas Linninger', 18)}}的其他基金

Computational platform for predictive magnetohydrodynamic drug targeting
预测磁流体动力学药物靶向计算平台
  • 批准号:
    1706921
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Intrathecal magnetic drug targeting to the central nervous system with superparamagnetic nanoparticles
使用超顺磁性纳米颗粒靶向中枢神经系统的鞘内磁性药物
  • 批准号:
    1403409
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER: Computational investigation of the distributed decentralized control of cerebral blood flow
EAGER:脑血流分布式分散控制的计算研究
  • 批准号:
    1301198
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
RET in Engineering and Computer Science Site - Chicago Science Teacher Research (CSTR) Program
工程和计算机科学领域的 RET - 芝加哥科学教师研究 (CSTR) 计划
  • 批准号:
    1132694
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Novel Processes and Materials in Bioengineering and Biomedical Engineering
生物工程和生物医学工程中的新工艺和新材料
  • 批准号:
    0754590
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Chicago Science Teacher Research (CSTR) Program
芝加哥科学教师研究 (CSTR) 计划
  • 批准号:
    0743068
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collabortive Research: Mathematical optimization for targeted macro-molecules delivery to the brain
协作研究:将目标大分子输送到大脑的数学优化
  • 批准号:
    0730048
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Integrated Design and Control Under Uncertainty
不确定性下的集成设计与控制
  • 批准号:
    0626162
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Chicago Science Teacher Research (CSTR) Program
芝加哥科学教师研究 (CSTR) 计划
  • 批准号:
    0502272
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Clean Batch Manufacturing with Uncertainty Management (TSE03-K)
具有不确定性管理的清洁批量制造 (TSE03-K)
  • 批准号:
    0328134
  • 财政年份:
    2003
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

发展基因编码的荧光探针揭示趋化因子CXCL10的时空动态及其调控机制
  • 批准号:
    32371150
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
β-arrestin2- MFN2-Mitochondrial Dynamics轴调控星形胶质细胞功能对抑郁症进程的影响及机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
钱江潮汐影响下越江盾构开挖面动态泥膜形成机理及压力控制技术研究
  • 批准号:
    LY21E080004
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
磁性薄膜和磁性纳米结构中的自旋动力学研究
  • 批准号:
    11174131
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
星系结构基本单元星团的研究
  • 批准号:
    11043006
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
星系恒星与气体的动力学演化
  • 批准号:
    11073025
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
在我们的门前发掘化石——利用中国即将开展的巡天来研究银河系的演化
  • 批准号:
    11043005
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
物体运动对流场扰动的数学模型研究
  • 批准号:
    51072241
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
弦场论及Tachyon动力学
  • 批准号:
    10705008
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    15.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
微分遍历理论和廖山涛的一些方法的应用
  • 批准号:
    10671006
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

CAREER: Bridging Sea Ice Dynamics from Floe to Basin Scales
职业:弥合从浮冰到盆地尺度的海冰动力学
  • 批准号:
    2338233
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Nonlinear Dynamics of Exciton-Polarons in Two-Dimensional Metal Halides Probed by Quantum-Optical Methods
职业:通过量子光学方法探测二维金属卤化物中激子极化子的非线性动力学
  • 批准号:
    2338663
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: BoCP-Implementation: Alpine plants as a model system for biodiversity dynamics in a warming world: Integrating genetic, functional, and community approaches
合作研究:BoCP-实施:高山植物作为变暖世界中生物多样性动态的模型系统:整合遗传、功能和社区方法
  • 批准号:
    2326020
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: BoCP-Implementation: Alpine plants as a model system for biodiversity dynamics in a warming world: Integrating genetic, functional, and community approaches
合作研究:BoCP-实施:高山植物作为变暖世界中生物多样性动态的模型系统:整合遗传、功能和社区方法
  • 批准号:
    2326021
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
RII Track-4: NSF: Developing 3D Models of Live-Endothelial Cell Dynamics with Application Appropriate Validation
RII Track-4:NSF:开发活内皮细胞动力学的 3D 模型并进行适当的应用验证
  • 批准号:
    2327466
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
RII Track-4:NSF: Physics-Informed Machine Learning with Organ-on-a-Chip Data for an In-Depth Understanding of Disease Progression and Drug Delivery Dynamics
RII Track-4:NSF:利用器官芯片数据进行物理信息机器学习,深入了解疾病进展和药物输送动力学
  • 批准号:
    2327473
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: First-principles Predictive Understanding of Chemical Order in Complex Concentrated Alloys: Structures, Dynamics, and Defect Characteristics
职业:复杂浓缩合金中化学顺序的第一原理预测性理解:结构、动力学和缺陷特征
  • 批准号:
    2415119
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Conference: Supplementary funding for the BIRS-CMO workshop Optimal Transport and Dynamics (24s5198)
会议:BIRS-CMO 研讨会最佳运输和动力学的补充资金 (24s5198)
  • 批准号:
    2401019
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF Postdoctoral Fellowship in Biology: Understanding the role of dietary toxins in shaping microbial community dynamics in the gut
NSF 生物学博士后奖学金:了解膳食毒素在塑造肠道微生物群落动态中的作用
  • 批准号:
    2305735
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Fellowship Award
Collaborative Research: Understanding and Manipulating Magnetism and Spin Dynamics in Intercalated van der Waals Magnets
合作研究:理解和操纵插层范德华磁体中的磁性和自旋动力学
  • 批准号:
    2327826
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 24万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了