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Quasi-static image-based immersed boundary-finite element model of left ventricle under diastolic loading

机译：基于准静态图像的左心室舒张负荷下浸入边界有限元模型

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摘要

Finite stress and strain analyses of the heart provide insight into the biomechanics of myocardial function and dysfunction. Herein, we describe progress toward dynamic patient-specific models of the left ventricle using an immersed boundary (IB) method with a finite element (FE) structural mechanics model. We use a structure-based hyperelastic strain-energy function to describe the passive mechanics of the ventricular myocardium, a realistic anatomical geometry reconstructed from clinical magnetic resonance images of a healthy human heart, and a rule-based fiber architecture. Numerical predictions of this IB/FE model are compared with results obtained by a commercial FE solver. We demonstrate that the IB/FE model yields results that are in good agreement with those of the conventional FE model under diastolic loading conditions, and the predictions of the LV model using either numerical method are shown to be consistent with previous computational and experimental data. These results are among the first to analyze the stress and strain predictions of IB models of ventricular mechanics, and they serve both to verify the IB/FE simulation framework and to validate the IB/FE model. Moreover, this work represents an important step toward using such models for fully dynamic fluid–structure interaction simulations of the heart. © 2014 The Authors. International Journal for Numerical Methods in Engineering published by John Wiley & Sons, Ltd.
机译：心脏的有限压力和应变分析提供了对心肌功能和功能障碍的生物力学的了解。在这里，我们描述了使用浸入边界（IB）方法和有限元（FE）结构力学模型的动态动态左心室患者模型。我们使用基于结构的超弹性应变能函数来描述心室心肌的被动力学，从健康的人心脏的临床磁共振图像重建的现实解剖学几何结构以及基于规则的纤维结构。将此IB / FE模型的数值预测与商用有限元求解器获得的结果进行比较。我们证明，IB / FE模型在舒张负荷条件下产生的结果与常规FE模型的结果吻合良好，并且使用任一数值方法对LV模型的预测均与先前的计算和实验数据一致。这些结果是最早分析心室力学IB模型的应力和应变预测的结果，它们既可用于验证IB / FE仿真框架，也可用于验证IB / FE模型。此外，这项工作代表了将此类模型用于心脏的全动态流体-结构相互作用模拟的重要一步。 ©2014作者。 John Wiley＆Sons，Ltd.发布的《国际工程数值方法杂志》。

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