Equilibrated fluid-solid-growth (FSGe) is a fast, open source, three-dimensional (3D) computational platform for simulating interactions between instantaneous hemodynamics and long-term vessel wall adaptation through growth and remodeling (G&R). Such models are crucial for capturing adaptations in health and disease and following clinical interventions. In traditional G&R models, this feedback is modeled through highly simplified fluid models, neglecting local variations in blood pressure and wall shear stress (WSS). FSGe overcomes these inherent limitations by strongly coupling the 3D Navier-Stokes equations for blood flow with a 3D equilibrated constrained mixture model (CMMe) for vascular tissue G&R. CMMe allows one to predict long-term evolved mechanobiological equilibria from an original homeostatic state at a computational cost equivalent to that of a standard hyperelastic material model. In illustrative computational examples, we focus on the development of a stable aortic aneurysm in a mouse model to highlight key differences in growth patterns and fluid-solid feedback between FSGe and solid-only G&R models. We show that FSGe is especially important in blood vessels with asymmetric stimuli. Simulation results reveal greater local variation in fluid-derived WSS than in intramural stress (IMS). Thus, differences between FSGe and G&R models became more pronounced with the growing influence of WSS relative to pressure. Future applications in highly localized disease processes, such as for lesion formation in atherosclerosis, can now include spatial and temporal variations of WSS.


翻译:均衡流体-固体-生长(FSGe)是一种快速、开源的三维(3D)计算平台,用于模拟瞬时血流动力学与通过生长与重塑(G&R)实现的长期血管壁适应之间的相互作用。此类模型对于捕捉健康与疾病状态下的适应性变化以及临床干预后的响应至关重要。传统G&R模型中,这种反馈通过高度简化的流体模型模拟,忽略了血压和壁面剪切应力(WSS)的局部变化。FSGe通过将描述血流的3D纳维-斯托克斯方程与描述血管组织G&R的3D均衡约束混合模型(CMMe)进行强耦合,克服了这些固有局限性。CMMe允许从原始稳态出发,以与标准超弹性材料模型相当的计算成本预测长期演化的力学生物学均衡态。在示例性计算案例中,我们聚焦小鼠模型中稳定主动脉瘤的发展,突出展示了FSGe与纯固体G&R模型在生长模式和流体-固体反馈方面的关键差异。研究表明,FSGe在非对称刺激的血管中尤为重要。模拟结果揭示,流体衍生的WSS比壁内应力(IMS)呈现更大的局部变异。因此,随着WSS相对压力影响的增强,FSGe与G&R模型之间的差异变得更加显著。该方法的未来应用可涵盖高度局部的疾病过程,例如动脉粥样硬化中病变的形成,从而纳入WSS的空间和时间变化特征。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年5月31日
Arxiv
69+阅读 · 2022年9月7日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
19+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
11+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员