Computational Fluid Dynamics (CFD) is used to assist in designing artificial valves and planning procedures, focusing on local flow features. However, assessing the impact on overall cardiovascular function or predicting longer-term outcomes may require more comprehensive whole heart CFD models. Fitting such models to patient data requires numerous computationally expensive simulations, and depends on specific clinical measurements to constrain model parameters, hampering clinical adoption. Surrogate models can help to accelerate the fitting process while accounting for the added uncertainty. We create a validated patient-specific four-chamber heart CFD model based on the Navier-Stokes-Brinkman (NSB) equations and test Gaussian Process Emulators (GPEs) as a surrogate model for performing a variance-based global sensitivity analysis (GSA). GSA identified preload as the dominant driver of flow in both the right and left side of the heart, respectively. Left-right differences were seen in terms of vascular outflow resistances, with pulmonary artery resistance having a much larger impact on flow than aortic resistance. Our results suggest that GPEs can be used to identify parameters in personalized whole heart CFD models, and highlight the importance of accurate preload measurements.


翻译:计算流体动力学(CFD)用于协助设计人工阀门和规划程序,重点是局部流体特征。然而,评估对整体心血管功能的影响或预测长期结果可能需要更全面的全心脏碳FD模型。将这种模型适应病人数据需要大量计算昂贵的模拟,并取决于特定的临床测量以限制模型参数,妨碍临床采纳。代用模型有助于加速安装过程,同时计及增加的不确定性。我们根据纳维-斯托克斯-布林克曼(NSB)方程式和测试高斯进程模拟器作为进行基于差异的全球敏感度分析的替代模型,对整体心肌功能的影响可能更大。GSA认为,作为心脏右侧和左侧流动的主要驱动力,其前期装载量分别为GSA。在血管外流阻力方面出现了左侧差异,而肺动动阻力模型对流动的影响比抗力大得多。我们发现,GPE的精确度测量值可以用来确定整个心脏模型的精确度参数。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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