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耦合集总参数闭环血液循环模型的心脏电力学模型。第二部分:数值逼近

数值分析 2020-12-01 v1 数值分析

摘要

在用于 3D 心脏电力学与 0D 心血管模型的精确高效分离格式框架下,我们在此提出一种新颖数值方法来处理本两篇系列论文第一部分所引入的耦合 3D-0D 问题。我们结合隐式-显式格式以在多物理场环境中求解不同心脏模型。我们恰当分离并管理关乎心脏电力学与血液循环的不同时间与空间尺度。我们采用灵活可扩展的网格间传递算子,可在不同网格乃至不同有限元空间之间插值有限元函数。我们提出一种数值方法,以完全分离的方式在数值稳定情形下耦合 3D 电力学模型与 0D 循环模型。无需随心跳不同阶段做任何适配。我们还提出一种鲁棒算法以重建无应力参考构型。由于该反问题数值求解的计算代价,参考构型恢复算法辅以一种新颖投影技术,以从计算域的较粗表示精确恢复卸载几何。我们通过网格细化精度研究展示了数值格式的收敛性。为证明计算模型的生物物理准确性,我们还在数值模拟中处理不同临床相关情景,改变前负荷、后负荷与收缩性。事实上,我们模拟了生理相关行为,并在心脏功能背景下重现了有意义的结果。

关键词

引用

@article{arxiv.2011.15051,
  title  = {A cardiac electromechanics model coupled with a lumped parameters model for closed-loop blood circulation. Part II: numerical approximation},
  author = {Francesco Regazzoni and Matteo Salvador and Pasquale Claudio Africa and Marco Fedele and Luca Dede' and Alfio Quarteroni},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2011.15051},
  year   = {2020}
}