面向建模主动脉缩窄对左心室负荷影响的计算框架
摘要
左心室(LV)和主动脉中血流的计算流体动力学(CFD)模型是分析心肌形变与流动模式之间力学联系的重要工具。通常，基于图像的运动学CFD模型在预测改变LV后负荷条件的干预急性反应等应用中占主导地位。然而，此类模型在分析对LV负荷或已知参与驱动重构过程的关键生物标志物的任何影响方面存在局限，因为LV功能未以力学方式考量。本研究通过报告朝向一种新颖电-机械-流体(EMF)模型的进展来解决这些局限，该模型基于第一性原理表示LV电机械(EM)的完整物理。将具有生物物理细节的LV EM有限元(FE)模型与基于FE的采用任意欧拉-拉格朗日(ALE)公式的移动域CFD求解器耦合。基于治疗前临床数据构建并参数化了两例患主动脉缩窄(CoA)患者的临床病例。对其中一例患者在通过虚拟支架置入进行CoA几何修复后的治疗后条件下进行了模拟，并与治疗前结果比较。通过分析LV血池显著大变形下的网格质量与求解器性能，证明了该方法的数值稳定性。此外，通过执行至多1536个计算核的强标度基准测试，研究了计算可处理性与临床时间尺度的兼容性。构建、拟合和执行EMF模拟的整个工作流的总体成本与已报道的基于图像的运动学模型相当，表明EMF模型有潜力演进为一种可行的临床研究工具。
引用
@article{arxiv.1901.05339,
title = {Towards a Computational Framework for Modeling the Impact of Aortic Coarctations upon Left Ventricular Load},
author = {Elias Karabelas and Matthias A. F. Gsell and Christoph M. Augustin and Laura Marx and Aurel Neic and Anton J. Prassl and Leonid Goubergrits and Titus Kuehne and Gernot Plank},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.05339},
year = {2019}
}
备注
This research was supported by the grants F3210-N18 and I2760-B30 from the Austrian Science Fund (FWF), the EU grant CardioProof agreement 611232 and a BioTechMed award to GP. Additionally, this project has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie Action H2020-MSCA-IF-2016 InsiliCardio, GA No. 750835