ABSTRACT
Cardiovascular diseases currently have a major social and economic impact, constituting one of the leading causes of mortality and morbidity. Personalized computational models of the heart are demonstrating their usefulness both to help understand the mechanisms underlying cardiac disease, and to optimize their treatment and predict the patient's response. Within this framework, the Spanish Research Network for Cardiac Computational Modelling (VHeart-SN) has been launched. The general objective of the VHeart-SN network is the development of an integrated, modular and multiscale multiphysical computational model of the heart. This general objective is addressed through the following specific objectives: a) to integrate the different numerical methods and models taking into account the specificity of patients; b) to assist in advancing knowledge of the mechanisms associated with cardiac and vascular diseases; and c) to support the application of different personalized therapies. This article presents the current state of cardiac computational modelling and different scientific works conducted by the members of the network to gain greater understanding of the characteristics and usefulness of these models.
Subject(s)
Heart Diseases , Heart , Heart Diseases/diagnosis , HumansABSTRACT
The theory of transport in porous media such as clays depends on the level of description. On the macroscopic scale,hydrodynamics equations are used. These continuous descriptions are convenient to model the fluid motion in a confined system. Nevertheless, they are valid only if the pores of the material are much larger than the molecular size of the components of the system. Another approach consists in using molecular descriptions. These two methods which correspond to different levels of description are complementary. The link between them can be clarified by using a coarse-graining procedure where the microscopic laws are averaged over fast variables to get the long time macroscopic laws. We present such an approach in the case of clays. Firstly, we detail the various levels of description and the relations among them, by emphasizing the validity domain of the hydrodynamic equations. Secondly, we focus on the case of dehydrated clays where hydrodynamics is not relevant. We show that it is possible to derive a simple model for the motion of the cesium ion based on the difference on time scale between the solvent and the solute particles.
A teoria de transporte em meios porosos tais como argilasdepende do nível de descrição. Na escala macroscópica, equações da hidrodinâmica são utilizadas. Tais descrições a níveldo contínuo são convenientes para tratar o movimento do fluido em sistemas confinados. No entanto, tais equações são válidas se os poros do material são muito maiores do que as moléculas das componentes do sistema. Uma outra abordagem consiste em usar descrições moleculares. Esses dois métodos que correspondem a diferentes níveis de descriçãosão complementares. A ligação entre eles pode ser elucidada usando um procedimento de mudança de escala onde são tomadas médias das leis microscópicas sobre as variáveis rápidas para se obter as leis macroscópicas para tempos longos. Apresentamos esta abordagem no caso de argilas. Primeiramente apresentamos em detalhes os vários níveis de descrição bem como as relações entre eles, enfatizando o domínio de validade das equações hidrodinâmicas. Em seguida, focamos no caso de argilas desidratadas onde a hidrodinâmica não é relevante. Mostramos que é possível derivar um modelo simples para o movimento dos íons césio baseado na diferença entre as escalas de tempo do solvente e das partículas do soluto.
ABSTRACT
In this study, a multiphysical description of fluid transport through osteo-articular porous media is presented. Adapted from the model of Moyne and Murad, which is intended to describe clayey materials behaviour, this multiscale modelling allows for the derivation of the macroscopic response of the tissue from microscopical information. First the model is described. At the pore scale, electrohydrodynamics equations governing the electrolyte movement are coupled with local electrostatics (Gauss-Poisson equation), and ionic transport equations. Using a change of variables and an asymptotic expansion method, the macroscopic description is carried out. Results of this model are used to show the importance of couplings effects on the mechanotransduction of compact bone remodelling.
Neste estudo uma descrição multifísica do transporte de fluidos em meios porosos osteo articulares é apresentada. Adaptado a partir do modelo de Moyne e Murad proposto para descrever o comportamento de materiais argilosos a modelagem multiescala permite a derivação da resposta macroscópica do tecido a partir da informação microscópica. Na primeira parte o modelo é apresentado. Na escala do poro as equações da eletro-hidrodinâmica governantes do movimento dos eletrolitos são acopladas com a eletrostática local (equação de Gauss-Poisson) e as equações de transporte iônico. Usando uma mudança de variáveis e o método de expansão assintótica a derivação macroscópica é conduzida. Resultados do modelo proposto são usados para salientar a importância dos efeitos de acoplamento sobre a transdução mecânica da remodelagem de ossos compactados.
