A fast algorithm for the simulation of arterial pulse waves
A fast algorithm for the simulation of arterial pulse waves
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一种模拟动脉脉搏波的快速算法
DOI：
10.1016/j.jcp.2016.03.036
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发表时间：
2016-06
影响因子：
4.1
通讯作者：
Cai David
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Du Tao;Hu Dan;Cai David
一维模型已广泛应用于大动脉树中血脉波传播的研究。在心跳的周期性驱动下，采用传统的数值方法，例如Lax-Wendroff方法，来获得大时间的渐近周期解。然而，由于脉搏波速度较大，这些方法受到 CFL 条件的严重限制。在这项工作中，我们开发了一种新的数值算法来克服这一限制。首先，我们使用一组黎曼变量重新构建脉搏波传播的模型系统，并推导出动脉树入口、出口和分叉点处的新形式的边界条件。边界条件的新形式使我们能够设计一种收敛迭代方法来强制执行边界条件。然后，在交换模型系统的空间和时间坐标后，我们在交换的坐标系中应用Lax-Wendroff方法，将大脉搏波速度从不利变为有利，求解模型动脉系统各动脉中的波动方程。我们的数值研究表明，我们的新算法是稳定的，并且在血压相对数值误差小于百分之一（远小于建模误差）的要求下，执行速度比传统的 Lax-Wendroff 方法快约 15 倍。
One-dimensional models have been widely used in studies of the propagation of blood pulse waves in large arterial trees. Under a periodic driving of the heartbeat, traditional numerical methods, such as the Lax–Wendroff method, are employed to obtain asymptotic periodic solutions at large times. However, these methods are severely constrained by the CFL condition due to large pulse wave speed. In this work, we develop a new numerical algorithm to overcome this constraint. First, we reformulate the model system of pulse wave propagation using a set of Riemann variables and derive a new form of boundary conditions at the inlet, the outlets, and the bifurcation points of the arterial tree. The new form of the boundary conditions enables us to design a convergent iterative method to enforce the boundary conditions. Then, after exchanging the spatial and temporal coordinates of the model system, we apply the Lax–Wendroff method in the exchanged coordinate system, which turns the large pulse wave speed from a liability to a benefit, to solve the wave equation in each artery of the model arterial system. Our numerical studies show that our new algorithm is stable and can perform ∼15 times faster than the traditional implementation of the Lax–Wendroff method under the requirement that the relative numerical error of blood pressure be smaller than one percent, which is much smaller than the modeling error.
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影响因子：
4.3
作者：
HUGHES T J R;LUBLINER J
通讯作者：
LUBLINER J
人体动脉网络模型中的脉搏波传播：根据体外测量评估一维粘弹性模拟。
影响因子：
2.4
作者：
Alastruey, Jordi;Khir, Ashraf W.;Matthys, Koen S.;Segers, Patrick;Sherwin, Spencer J.;Verdonck, Pascal R.;Parker, Kim H.;Peiro, Joaquim
通讯作者：
Peiro, Joaquim
影响因子：
3.2
作者：
L. A. Taylor;J. Gerrard
通讯作者：
L. A. Taylor;J. Gerrard
影响因子：
2.4
作者：
STERGIOPULOS, N;YOUNG, DF;ROGGE, TR
通讯作者：
ROGGE, TR
DOI：
10.1109/cic.1995.482563
发表时间：
1995-09
期刊：
Computers in Cardiology 1995
影响因子：
--
作者：
R. J. van der Geest;V. Buller;J. Reiber
通讯作者：
R. J. van der Geest;V. Buller;J. Reiber