Two crucial factors for accurate numerical simulations of cardiac electromechanics, which are also essential to reproduce the synchronous activity of the heart, are: i) accounting for the interaction between the heart and the circulatory system that determines pressures and volumes loads in the heart chambers; ii) reconstructing the muscular fiber architecture that drives the electrophysiology signal and the myocardium contraction. In this work, we present a 3D biventricular electromechanical model coupled with a 0D closed-loop model of the whole cardiovascular system that addresses the two former crucial factors. With this aim, we introduce a boundary condition for the mechanical problem that accounts for the neglected part of the domain located on top of the biventricular basal plane and that is consistent with the principles of momentum and energy conservation. We also discuss in detail the coupling conditions that stand behind the 3D and the 0D models. We perform electromechanical simulations in physiological conditions using the 3D-0D model and we show that our results match the experimental data of relevant mechanical biomarkers available in literature. Furthermore, we investigate different arrangements in cross-fibers active contraction. We prove that an active tension along the sheet direction counteracts the myofiber contraction, while the one along the sheet-normal direction enhances the cardiac work. Finally, several myofiber architectures are analysed. We show that a different fiber field in the septal area and in the transmural wall effect the pumping functionality of the left ventricle.


翻译:准确模拟心脏电动机能的数学模拟,对于复制心脏同步活动至关重要,其精确数字模拟的两个关键因素是:(一) 计算心脏和循环系统之间的相互作用,以决定心室内压力和体积负荷;二) 重建驱动电生理信号和心肌收缩的肌肉纤维结构。在这项工作中,我们展示了3D双视电动机械模型,以及整个心血管系统的0D闭路模型,处理两个前关键因素。为此,我们为机械功能引入了一种边界条件,以说明位于心室内压力和体积负荷的心脏与循环系统之间的相互作用;二) 重建了驱动电生理生理细胞信号和心肌收缩的肌肉纤维纤维结构结构。我们用3D-0D模型在生理条件中进行电动机械模拟,我们展示了我们与文献中相关机械生物标记的实验数据相匹配的结果。此外,我们还调查了位于双心心心心室平面平板结构中被忽略的部分,我们沿平心平心平板结构显示了一种积极方向。

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