While ventricular electromechanics is extensively studied, four-chamber heart models have only been addressed recently; most of these works however neglect atrial contraction. Indeed, as atria are characterized by a complex physiology influenced by the ventricular function, developing computational models able to capture the physiological atrial function and atrioventricular interaction is very challenging. In this paper, we propose a biophysically detailed electromechanical model of the whole human heart that considers both atrial and ventricular contraction. Our model includes: i) an anatomically accurate whole-heart geometry; ii) a comprehensive myocardial fiber architecture; iii) a biophysically detailed microscale model for the active force generation; iv) a 0D closed-loop model of the circulatory system; v) the fundamental interactions among the different core models; vi) specific constitutive laws and model parameters for each cardiac region. Concerning the numerical discretization, we propose an efficient segregated-intergrid-staggered scheme and we employ recently developed stabilization techniques that are crucial to obtain a stable formulation in a four-chamber scenario. We are able to reproduce the healthy cardiac function for all the heart chambers, in terms of pressure-volume loops, time evolution of pressures, volumes and fluxes, and three-dimensional cardiac deformation, with unprecedented matching (to the best of our knowledge) with the expected physiology. We also show the importance of considering atrial contraction, fibers-stretch-rate feedback and suitable stabilization techniques, by comparing the results obtained with and without these features in the model. The proposed model represents the state-of-the-art electromechanical model of the iHEART ERC project and is a fundamental step toward the building of physics-based digital twins of the human heart.


翻译:虽然对心电图机电图进行了广泛研究,但最近才对四方位的心脏模型进行了研究;这些模型大多只是最近才对四方位的心脏反馈模型进行了研究;这些模型大多忽视了审判收缩。事实上,阿特拉的特征是受到心血管功能影响的复杂的生理学复杂而详细的微观模型,开发能够捕捉生理审判功能的计算模型和动脉电动互动非常具有挑战性。在本文中,我们提出了一个生物物理上详细的全人类心脏电动模型和模型参数,该模型既考虑到工序收缩,又考虑到数字离析。我们的模式包括:(一) 比较准确的全心室测量;二) 全面的心血管纤维结构;三) 活性力量生成的生理上详细的微规模模型;四) 循环系统的0D闭路模型;v) 不同核心模型之间的基本互动;vi) 具体的构造法和每个心血管区域的模型参数。关于数字离析,我们提出一个高效的隔离-间错开式计划,我们最近开发了稳定技术,这对于在四方位的心心血管、心血管进变模型中获得稳定的模型、心动的模型,我们有能力的心动的模型和心心动的模型可以显示这些机流的预的心动的模型。

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