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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter Oldenbourg September 13, 2010

Hemodynamics and Fluid-Structure-Interaction in a Virtual Heart

Hämoynamik und Strömung-Struktur-Kopplung im virtuellen Herzen
Torsten Schenkel, Sebastian Krittian, Mark-Patrick Mühlhausen and Herbert Oertel

Abstract

Modeling the function of the human heart is of growing importance in a time when surgical treatment becomes the predominant therapy option. The hemodynamics of ventricular and vascular flow is closely linked to other disciplines like structural mechanics of myocardial and vascular tissue, electro-dynamical excitation, etc. A multi-disciplinary approach is therefore needed to describe it. While a monolithic solution of the underlying differential equations in one set is thinkable, a partitioned approach can take into account the specifics of the single disciplines and profit from specialized models and algorithms. We show how by coupling specialized solvers for fluid and solid mechanics a coupled model of ventricular flow can be created that gives insight into the hemodynamics in a way that is more than the sum of its parts.

Zusammenfassung

In einer Zeit, in der der chirurgische Eingriff die häufigste Therapie darstellt, gewinnt eine Modellbeschreibung der menschlichen Herzfunktion zunehmend an Bedeutung. Die Hämodynamik der Herz- und Gefäßströmung ist mit anderen Disziplinen – wie der Strukturmechanik des Myokards und der Gefäßwand, der elekrodynamischen Reizausbreitung, usw. — eng verzahnt. Ein überdisziplinärer Ansatz ist also gefragt, um sie zu beschreiben. Während eine monolithische Lösung der zugrundeliegenden Differentialgleichungen in einem Gleichungssystem denkbar ist, kann ein partitionierter Ansatz die speziellen Anforderungen der einzelnen Disziplinen berücksichtigen und von spezialisierten Modellen und Algorithmen profitieren. Es wird gezeigt, wie durch Kopplung spezialisierter Löser für die Strömungs- und Strukturmechanik ein gekoppeltes Modell der Ventrikelströmung realisiert werden kann, das einen breiteren Einblick in die Hämodynamik erlaubt, als die Einzelmodelle alleine.


* Correspondence address: Karlsruhe Institute of Technology KIT, Institute of Fluid Mechanics, Kaiserstr. 10, 76131 Karlsruhe,

Published Online: 2010-09-13
Published in Print: 2010-09

© by Oldenbourg Wissenschaftsverlag, Karlsruhe, Germany