We present a novel computational model for the numerical simulation of the blood flow in the human heart by focusing on 3D fluid dynamics of the left heart. With this aim, we employ the Navier-Stokes equations in an Arbitrary Lagrangian Eulerian formulation to account for the endocardium motion, and we model both the mitral and the aortic valves by means of the Resistive Immersed Implicit Surface method. To impose a physiological displacement of the domain boundary, we use a 3D cardiac electromechanical model of the left ventricle coupled to a lumped-parameter (0D) closed-loop model of the circulation and the remaining cardiac chambers, including the left atrium. To extend the left ventricle motion to the endocardium of the left atrium and the ascending aorta, we introduce a preprocessing procedure that combines an harmonic extension of the left ventricle displacement with the motion of the left atrium based on the 0D model. We thus obtain a one-way coupled electromechanics-fluid dynamics model in the left ventricle. To better match the 3D CFD with blood circulation, we also couple the 3D Navier-Stokes equations - with domain motion driven by electromechanics - to the 0D circulation model. We obtain a multiscale coupled 3D-0D fluid dynamics model that we solve via a segregated numerical scheme. We carry out numerical simulations for a healthy left heart and we validate our model by showing that significant hemodynamic indicators are correctly reproduced. We finally show that our model is able to simulate the blood flow in the left heart in the scenario of mitral valve regurgitation.
翻译:我们为人体心脏血液流动的数值模拟提供了一个新型计算模型, 重点是左心心的3D流体动态。 为此, 我们使用任意Lagrangian Eulurian 配方的纳维- Stokes 方程式来计算心心内心运动, 我们用“ 抵抗性隐形隐形表面” 法来模拟线形和动脉阀。 要将左心型和左心型离位的生理离位, 我们使用左心型电动模型的3D 电动模型, 并配上一个整形的单向参数( 0D ) 循环和其余心脏室的闭路式模型, 包括左心室。 为了将左心室运动运动与左心室的内心电动模型进行扩展, 我们引入了一个前处理程序, 左心型模型与左心型的左心型模型结合, 我们的左心电流和右心- 右心- 向右心- 向右运动运动运动运动, 我们的心- 向右心- 机机机流运动3 流运动运动运动运动运动, 我们的心- 向方向运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动显示3。 向左运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动, 我们向方向运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动,, 向左心- 向左心- 向左心运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动, 我们运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动,, 向向向方向运动运动运动运动运动运动,,, 向左向左运动运动运动运动运动运动运动运动运动,, 向向向向向向向运动运动运动运动运动运动向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向方向运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动向向向向向向左运动向向向向向向向向向向向向向左运动向向向向向右运动运动运动向左运动向右运动向向右运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动运动