Использование библиотеки FEniCS для моделирования левого желудочка сердца

Исследование функциональных характеристик миокарда является сложной задачей и требует математических моделей, описывающих процессы на разных уровнях (клетка-ткань-орган). Целью работы является определение возможности применения библиотек автоматизированных научных вычислений для моделирования распространения потенциала действия с помощью параллельных вычислительных систем на примере модели Алиева–Панфилова. Представлен обзор существующих программных комплексов (OpenFOAM, OpenCMISS, FEniCS, Chaste), а также результаты тестирования производительности и масштабируемости реализации на основе FEniCS.

[1]  Denis Noble,et al.  Mechanical Interaction of Heterogeneous Cardiac Muscle Segments in silico: Effects on CA2+ Handling and Action Potential , 2003, Int. J. Bifurc. Chaos.

[2]  S. Göktepe,et al.  Electromechanics of the heart: a unified approach to the strongly coupled excitation–contraction problem , 2010 .

[3]  Alexander G. Fletcher,et al.  Chaste: An Open Source C++ Library for Computational Physiology and Biology , 2013, PLoS Comput. Biol..

[4]  A. Panfilov,et al.  Spiral breakup as a model of ventricular fibrillation. , 1998, Chaos.

[5]  Aleksandar Jemcov,et al.  OpenFOAM: A C++ Library for Complex Physics Simulations , 2007 .

[6]  Alexander G. Fletcher,et al.  Chaste: A test-driven approach to software development for biological modelling , 2009, Comput. Phys. Commun..

[7]  Heye Zhang,et al.  OpenCMISS: a multi-physics & multi-scale computational infrastructure for the VPH/Physiome project. , 2011, Progress in biophysics and molecular biology.

[8]  Roy C. P. Kerckhoffs,et al.  Computational Methods for Cardiac Electromechanics , 2006, Proceedings of the IEEE.

[9]  P. Hunter,et al.  Computational physiology and the physiome project , 2004, Experimental physiology.

[10]  Anders Logg,et al.  Automated Solution of Differential Equations by the Finite Element Method: The FEniCS Book , 2012 .

[11]  R. Aliev,et al.  A simple two-variable model of cardiac excitation , 1996 .

[12]  A. Panfilov,et al.  Mathematical model of the anatomy and fibre orientation field of the left ventricle of the heart , 2013, Biomedical engineering online.