FEBio FINESSE：一种用于估计体内心脏瓣膜应变的开源有限元仿真方法

有限元仿真是评估健康和疾病患者心脏瓣膜功能的有力工具；然而，基于3D超声心动图学的患者特异性仿真受到诸多技术挑战的制约。本文提出了一种开源方法，用于在缺乏患者特异性材料属性、叶片厚度和结纤维束结构的情况下，强制有限元仿真与体内图像派生的心脏瓣膜几何形状保持一致。我们使用三个合成测试案例评估了FEBio有限元仿真与形状强制（FINESSE），这些测试案例涵盖了广泛的模型复杂度。我们的结果表明，FINESSE不仅可以用于强制有限元仿真匹配图像派生的表面，而且还能在±0.03应变的精度范围内估计第一主导叶片应变。关键的FINESSE考虑因素包括：（i） appropriately 定义用户定义的惩罚项，（ii）省略叶片共济以提高仿真收敛性，（iii）通过规定叶片自由边运动或结纤维模拟力来模拟结纤维束的行为。随后我们使用FINESSE估计了三个儿童患者的体内瓣膜行为和叶片应变。在所有三个案例中，FINESSE成功地匹配了目标表面，其中位数误差类似于或小于最小体素尺寸。进一步分析揭示了瓣膜特有的发现，例如2天大HLHS患者的三叶瓣膜应变大于两个13岁患者的应变。该开源管道的开发将使未来研究能够开始将体内叶片力学与患者结局联系起来。