Parâmetro-caroço e Modelagem de elemento finito de insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada

Este protocolo pode ser usado para recapitular a carga de pressão aguda, bem como a perda crônica da conformidade ventricular para investigar os efeitos da insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada na hemodinâmica cardiovascular. Nosso modelo lumped-parameter é muito computacionalmente eficiente e a abordagem da quantidade financeira integra o domínio elétrico e estrutural para uma modelagem mais precisa da hemodinâmica cardiovascular. Há uma forte necessidade técnica de tratamentos eficazes para a EFPEF.

Métodos computacionais como o nosso são primordiais no desenvolvimento e aprovação regulatória de dispositivos médicos e terapêuticos. Para configurar um modelo de parâmetro de dimensão zero, depois de construir um domínio no ambiente de solucionador numérico como ilustrado, navegue até a biblioteca hidráulica para encontrar os elementos necessários e soltar os elementos do gasoduto hidráulico no espaço de trabalho. Insira os elementos de câmara hidráulica de volume constante para definir a conformidade da parede e a compressão dos fluidos.

E adicione os elementos de resistência linear para definir a resistência ao fluxo. Modele a contratação de cada câmara cardíaca através do elemento de câmara de conformidade de conformidade variável personalizada e forneça os parâmetros relativos a cada elemento conforme ilustrado na tabela. Em seguida, insira um elemento de sequência de repetição de sinal físico para cada um dos blocos que requerem um sinal de entrada definido pelo usuário, selecione o solucionador implícito ODE 23 T padrão e execute a simulação por 100 segundos para atingir um estado estável.

Para configurar um modelo de análise de elementos finitos, navegue até o domínio elétrico e selecione o módulo padrão. Selecione a etapa de batida de análise única. Defina a duração do ciclo cardíaco para 500 milissegundos e aplique um potencial elétrico em um conjunto de nó representando o nódulo sinoatrial.

Depois de revisar o formulário de onda elétrica padrão, inicie o módulo de trabalho e crie um trabalho elétrico cardíaco. Uma vez concluída a configuração de análise elétrica, navegue até o domínio mecânico na etapa de pré-carga. Revise as condições de limite do estado pré-estressado do coração e selecione 0,3 segundos como o tempo de passo.

Na batida de um passo, use 0,5 segundos como o tempo de passo para simular contração. Na recuperação de um passo, selecione 0,5 segundos para relaxamento cardíaco e preenchimento ventricular para uma frequência cardíaca de 60 batimentos por minuto. Inicie o módulo de trabalho e crie um trabalho mecânico cardíaco.

Habilite a opção de dupla precisão. Revise o modelo simplificado de castelo de vento lumped-parâmetro e a representação do modelo de fluxo sanguíneo ajustando os valores dos elementos resistivos e capacitivos para as resistências de fluxo e conformidades estruturais, respectivamente, conforme necessário. Revise a representação de elementos finitos 3D das quatro câmaras cardíacas e confirme que suas posições geométricas são precisas.

Depois de verificar a montagem cardíaca, mude para o módulo de interação para ajustar os valores de conformidade e contrailidade de cada uma das quatro câmaras cardíacas. Revise o valor da rigidez para modelar a resposta do volume de pressão nas circulações arterial, vênus e pulmonar e ajuste o coeficiente de resistência viscoso para modificar o modelo de fluxo sanguíneo em cada elo de troca de alimentos. Para uma simulação de várias físicas, insira os arquivos de entrada, objeto e biblioteca no diretório de trabalho e inicie o software de simulação do modelo de análise de elementos finitos.

Execute o trabalho elétrico de estimulação elétrica e confirme que o arquivo ODB resultante está no diretório de trabalho. Mude para o domínio mecânico para passar para a segunda fase de simulação. Na etapa de pré-carga, use a opção de amplitude suave incorporada para aumentar o nível de pressão de zero para o nível desejado.

Em seguida, desabilite as condições de limite de pressão para executar o modelo de fluxo sanguíneo com um volume sanguíneo global constante dentro do sistema de circulação e executar o trabalho de simulação do microfone cardíaco. Para simular a estenose da válvula aórtica em um modelo de parâmetro agrupado, no compartimento ventricular esquerdo, modifique o sinal de entrada em relação à válvula aórtica e simule uma redução da área do orifício igual a 70% em relação à linha de base. Para simular a estenose da válvula aórtica e o modelo FEA, modifique a definição de troca de fluidos do parâmetro arterial ventrículo esquerdo do link e execute os arquivos da caixa de ferramentas para realizar uma simulação mecânica inversa.

Uma vez concluída a simulação mecânica inversa, execute as funções de pós-processamento conforme indicado. Em seguida, observe o módulo de trabalho e crie um trabalho de mech cardíaco para executar uma nova simulação mecânica como demonstrado Para imitar o endurecimento da parede devido à sobrecarga de pressão no modelo de parâmetros agrupados, modifique a conformidade diastólica ventricular esquerda do elemento de conformidade do ventrículo esquerdo e aumente a resistência ao vazamento da bomba ventrículo esquerda para 18 vezes 10 para os seis pascals por segundo por metro. Para simular os efeitos da remodelagem crônica no modelo de análise de elementos finitos, edite as propriedades do material ativo da geometria ventrículo esquerda e modifique a resposta material do ventrículo esquerdo no arquivo ativo do ventrículo esquerdo do material mecânico.

Para capturar a resposta de rigidez aumentada para a insuficiência cardíaca com fisiologia da fração de ejeção preservada, aumente os parâmetros de rigidez A e B na formulação hiperelástica anisotropica. Na etapa de pré-carga, ajuste as pressões de cavidade fluida do ventrículo esquerdo e o átrio esquerdo para 20 milímetros de mercúrio e realize uma simulação mecânica inversa para obter o estado volumétrico do ventrículo esquerdo e do átrio. Em seguida, execute as funções pós-processamento conforme indicado e realize uma nova simulação mecânica como demonstrado.

Os dois em modelos silico para mostrar hemodinâmica aórtica e esquerda ventricular semelhante dentro da faixa fisiológica. Sob condições de estenose aórtica, as formas de onda de pressão e volume demonstram uma redução de 70% da área do orifício da válvula aórtica em ambos os modelos. Ambos os modelos também são capazes de capturar o aumento da pressão ventricular esquerda sistólica devido ao aumento e pós-carga induzida por estenose aórtica.

Após a remodelação e a perda de conformidade ventricular esquerda, a relação de volume de pressão diastólica final torna-se elevada, resultando em pressões diastólicas de extremidade mais alta e volumes diastólicos inferiores. Esses fenômenos, que se devem à incapacidade do ventrículo esquerdo de relaxar e sentir-se adequadamente são capturados com sucesso pela insuficiência cardíaca com laços de volume de pressão de fração de ejeção preservada nos modelos de baixa e alta dimensão. O fluxo através dos dados da válvula mitral destaca tanto as fases de relaxamento precoce quanto de contração atrial.

Em comparação com os perfis normais e estenose, a insuficiência cardíaca com fluxo de fração de ejeção preservada foi caracterizada por um fluxo mitral de fase de relaxamento precoce ligeiramente maior, e um fluxo de fase de contração atrial de pico significativamente reduzido. Conforme ilustrado nestes mapas de estresse do miocárdio, tensões elevadas podem ser observadas na insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada devido à perda característica da conformidade ventricular. Para modelar os efeitos crônicos da sobrecarga de pressão e, assim, recapitular a hemodinâmica da insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada, é fundamental alterar a conformidade ventricular em cada simulação nesse sentido.

A rigidez estólica pode ser parametralmente investigada para simular vários fenótipos de disfunção diastólica. Isso nos permitirá caracterizar de forma mais abrangente os efeitos da diminuição da conformidade com a doença. Esperamos que nosso trabalho abra caminho para a criação de modelos que possam avançar nossa compreensão atual da insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada e apoie o desenvolvimento de terapias para essa condição.