A numerical study on the effects of spatial and temporal discretization in cardiac electrophysiology
A numerical study on the effects of spatial and temporal discretization in cardiac electrophysiology
复制标题
心脏电生理学中空间和时间离散化影响的数值研究
DOI：
10.1002/cnm.3443
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发表时间：
2021
影响因子：
2.1
通讯作者：
Kaliske M.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Woodworth L.A;Cansiz;Kaliske M.
由于离散化效应的存在，通常需要数百万个自由度来准确地表示心肌的电生理学。本研究旨在探讨时间和空间离散化的影响，心脏电生理学的模拟与模型选择的变化。几个有限元分析进行研究如何离散化影响的解决方案的时间，传导速度和电激励。离散化效应被认为是沿着在电生理模型和解决方案的方法的变化。考虑两种动作电位模型：Aliev‐Panfilov模型和Tusscher‐Noble‐Noble‐Panfilov模型。求解方法包括两个时间积分方案和不同的处理方法求解局部常微分方程组。计算方法的效率和稳定性被证明是依赖于动作电位模型。的元素的大小和时间步长上的传导速度的依赖性示出为不同的材料参数的变化。最后，基于节点及其邻近高斯点处跨膜电位的时间演化，分析了波在粗网格和细网格中传播的差异。从这项研究中获得的见解可以用来建议新的方法，以提高心脏电生理学模拟的效率。
Millions of degrees of freedom are often required to accurately represent the electrophysiology of the myocardium due to the presence of discretization effects. This study seeks to explore the influence of temporal and spatial discretization on the simulation of cardiac electrophysiology in conjunction with changes in modeling choices. Several finite element analyses are performed to examine how discretization affects solution time, conduction velocity and electrical excitation. Discretization effects are considered along with changes in the electrophysiology model and solution approach. Two action potential models are considered: the Aliev‐Panfilov model and the ten Tusscher‐Noble‐Noble‐Panfilov model. The solution approaches consist of two time integration schemes and different treatments for solving the local system of ordinary differential equations. The efficiency and stability of the calculation approaches are demonstrated to be dependent on the action potential model. The dependency of the conduction velocity on the element size and time step is shown to be different for changes in material parameters. Finally, the discrepancies between the wave propagation in coarse and fine meshes are analyzed based on the temporal evolution of the transmembrane potential at a node and its neighboring Gauss points. Insight obtained from this study can be used to suggest new methods to improve the efficiency of simulations in cardiac electrophysiology.
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