Développement et personnalisation de modèles 3d-1d couplés de la fonction cardiovasculaire
Un facteur clé régissant la performance mécanique du cœur est le couplage bidirectionnel avec le système cardiovasculaire où les altérations du système artériel modulent la charge pulsatile imposée au cœur. Les modèles actuels de l’électromécanique (EM) cardiaque basés sur l’image utilisent des représentations 0D simplifiées du système vasculaire lorsque le couplage avec des modèles EM 3D anatomiquement précis est envisagé. Cependant, ces modèles négligent des effets importants liés à la transmission des ondes de pouls. La prise en compte de ces effets nécessite des modèles 1D, mais un couplage 3D-1D reste difficile.
Dans cet exposé, nous présentons une stratégie nouvelle et stable pour coupler un modèle EM cardiaque 3D à un modèle 1D de flux sanguin dans le système artériel. Pour la première fois, un modèle couplé 3D-1D du ventricule gauche (LV) et du système artériel est construit et utilisé dans des tests numériques pour démontrer la robustesse et la précision de notre schéma sur une gamme de pas de temps. La validation du modèle couplé est effectuée en étudiant la réponse physiologique du système couplé aux variations du système artériel affectant la propagation des ondes de pouls, comprenant le raidissement aortique, la sténose aortique ou les bifurcations provoquant des réflexions d’ondes.
Dans la perspective d’une traduction clinique, nous montrons également les avancées actuelles dans la personnalisation du modèle couplé. Tout d’abord, nous présentons une nouvelle méthodologie pour réaliser simultanément une identification automatisée des propriétés mécaniques passives in vivo et une estimation de la configuration de référence non chargée du ventricule gauche. Ensuite, nous montrons les résultats d’une analyse préliminaire de sensibilité basée sur la variance du nouveau modèle couplé 3D-1D. L’approche considérée est basée sur l’utilisation d’émulateurs de processus gaussiens pour construire des substituts du modèle couplé précis et de haute fidélité, et réaliser efficacement une analyse de sensibilité pour caractériser l’importance relative des paramètres d’entrée du modèle sur la sortie du modèle.
Ce travail est réalisé en collaboration avec le Dr Christoph Augustin, le Dr Matthias Gsell, le Prof. Gernot Plank, le Dr Justyna Niestrawska, le Dr Laura Marx de l’Université médicale de Graz et le Dr Jordi Alastruey du King’s College London.
