The choice of appropriate boundary conditions is a crucial step in the development of cardiovascular models for blood flow simulations. The three-element Windkessel model is usually employed as a lumped boundary condition, providing a reduced order representation of the peripheral circulation. However, the systematic estimation of the Windkessel parameters remains an open problem. Moreover, the Windkessel model is not always adequate to model blood flow dynamics, which often require more elaborate boundary conditions. In this study, we propose a method for the estimation of high order boundary conditions, including the Windkessel model, and we investigate their use. The proposed technique is based on Time-Domain Vector Fitting, a modeling algorithm that, given samples of the input and output of a system, such as pressure and flow waveforms, can derive a differential equation approximating their relation. The capability of the proposed method is tested on a 1D circulation model consisting of the 55 largest arteries, to demonstrate its accuracy and the usefulness of estimating boundary conditions with order higher than the traditional Windkessel models. The proposed method is verified against other common estimation techniques, and its robustness in parameter estimation is verified in presence of noisy data and of physiological changes of aortic flow rate induced by mental stress. Results suggest that the proposed method is able to accurately estimate boundary conditions of arbitrary order. Higher order boundary conditions can improve the accuracy of cardiovascular simulations, and Time-Domain Vector Fitting can automatically estimate them.


翻译:选择适当的边界条件是开发血液流动模拟的心血管模型的关键步骤。三元素风扇塞尔模型通常用作一块块状边界条件,提供外围环流的降序表示;然而,对风扇塞尔参数的系统估计仍是一个尚未解决的问题。此外,风扇塞尔模型并不总是足以模拟血液流动动态,这往往需要更详细的边界条件。在本研究中,我们提出一个方法,用于估计高定序边界条件,包括风扇塞尔模型,并调查其使用情况。拟议的技术以时间-内容矢量适配计算为基础,一种模型算法,根据压力和流动波形等系统输入和输出的样本,可以得出与其关系相近的差异方参数。在由55个最大动脉组成的1D流通模型上测试拟议方法的能力,以显示其准确性和用比传统风扇螺塞尔模型更高的顺序估计边界条件。拟议方法与其他通用估计技术进行核查,其精确度的度和精确度的度测算法,其精确度的比度估计值值值值值值值值值值,其精确度的比值值的比值,其精确度的算法度估算,其精确度的比值是比值的精确度估算值,其精确度估算值的比值,其精确度的比值值值,其精确度的比值值值值估值值值值值值值值值值值值值值,其值值值值值的算值的算值的算值的算值的算值的计算,其值的计算,其值的计算,其值的算值的计算值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值的比值值的比值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值

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