用于研究脉搏波传播对心功能影响的3D-1D心血管系统耦合策略
数值分析
2021-11-11 v1 数值分析
摘要
刚度增加与脉动负荷对循环系统的影响及其对心脏性能的作用，不仅在心血管事件中，也在心室功能障碍中被证实。因此，心脏电机械（EM）的计算机模型必须整合循环系统对心脏功能的影响，才能对临床应用具有意义。目前考虑整个循环系统的三维（3D）模型尚不可行。相反，采用简化的循环表示，以在精度与计算成本间取得满意折衷。本工作中，我们提出一种新颖且稳定的策略，将心脏3D EM模型与动脉系统一维（1D）血流模型耦合。我们构建个性化的左室与动脉系统3D-1D耦合模型，并用于数值基准测试，以证明我们的格式在一系列时间步长上的鲁棒性与准确性。通过改变影响脉搏波传播的动脉系统参数（包括主动脉僵化、主动脉狭窄或引起波反射的分叉）考察耦合系统的生理响应，从而对耦合模型进行验证。结果表明，该3D-1D耦合模型鲁棒、稳定且正确复现已知生理学。与标准3D-0D耦合模型相比，额外计算成本可忽略，从而推动我们的3D-1D耦合模型作为研究波传播效应时的关键方法。
引用
@article{arxiv.2111.05683,
title = {A coupling strategy for a 3D-1D model of the cardiovascular system to study the effects of pulse wave propagation on cardiac function},
author = {Federica Caforio and Christoph M. Augustin and Jordi Alastruey and Matthias A. F. Gsell and Gernot Plank},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.05683},
year = {2021}
}