结合冠状动脉疾病中的血液动力学,组织力学和病理生理学:一种新的基于代理的模型,具有四面体网格集成

科学领域:

• 计算生物学 计算生物学
• 生物医学工程 生物医学工程
• 多物理模拟器 多物理模拟器

背景情况:

• 之前的模型单独分析了斑块生长中的组织力学或血液动力学.
• 现有的方法未能捕捉到驱动斑块发展的多个因素的合,动态相互作用.

研究的目的:

• 引入一种新的多尺度,多物理建模方法,以了解冠状动脉疾病 (CAD) 斑块进展.
• 将计算流体动力学 (CFD),基于代理的建模 (ABM) 和有限元分析 (FEA) 整合到一个统一的模拟框架中.

主要方法:

• 开发了冠状动脉斑模拟器 (CAFe) 模型,将CFD (血液动力学),ABM (生物过程) 和FEA (生物力学) 合并.
• 利用共享的体积3D四面体网格,在模块之间进行一致的模拟.
• 在压力计算中使用FEBio实现了CFD和FEA;在血管改造模拟中使用MATLAB实现了ABM.

主要成果:

• 在理想化冠状动脉模型中的初步模拟表明了CAFe模型的功能.
• 结果表明动脉样硬化动脉通过缩小的下游增长和重塑来适应维持血液动力学值.
• 该模型成功地将生物力学因素与生物反应和几何变化联系起来.

结论:

• 该CAFe模型代表了CAD进展的预测建模的重大进步.
• 这种综合方法使得动脉样硬化中时空重塑范式的强大合成为可能.
• 模拟框架为研究CAD背后的复杂机制提供了新的可能性.