Esitellään potilaskohtaisen sydänmekaniikan simulointiin tarkoitettu malli, joka sisältää sydämen kammioosan kolmiulotteisen äärellisten elementtien mallin, joka on kytketty redusoidun 0-järjestyksen 0-ulotteiseen suljetun silmukan verisuonijärjestelmän, sydänläpän ja eteiskammion malliin. Kammiot mallinnetaan epälineaarisella ortotrooppisella passiivisella materiaalilailla. Sähköistä aktivaatiota jäljitellään määrätyllä parametrisoidulla aktiivisella jännityksellä, joka vaikuttaa geneeristä lihassyiden suuntausta pitkin. Aktivointifunktiomme on rakennettu siten, että kammion supistumisen ja relaksaation alku sekä aktiivisen jännityskäyrän kaltevuus on parametrisoitu. Kuvantamiseen perustuva potilaskohtainen kammiomalli on esijännitetty matalaan loppudiastoliseen paineeseen, jotta kuvattu, jännittynyt konfiguraatio voidaan ottaa huomioon. Sydämen pohjaan ja epikardiumiin sovelletaan viskoelastisia Robinin reunaehtoja ympäröivän sulautumisen huomioon ottamiseksi. Käsittelemme 3D-kiinteän aineen ja 0D-nesteen vuorovaikutusta vahvasti kytkeytyneenä monoliittisena ongelmana, joka on johdonmukaisesti linearisoitu 3D-kiinteän aineen ja 0D-nestemallin muuttujien suhteen, jotta voidaan käyttää Newton-tyyppistä ratkaisumenettelyä. Tuloksena syntyvä kytketty lineaarinen yhtälöryhmä ratkaistaan iteratiivisesti jokaisessa Newtonin askeleessa käyttäen 2 × 2 fysiikkaan perustuvaa lohko-esikonditionointia. Lisäksi esitämme uusia tehokkaita strategioita aktiivisten supistumis- ja verisuoniresistenssiparametrien kalibroimiseksi kokeellisiin vasemman kammion paine- ja iskutilavuustietoihin, jotka on saatu sikakokeissa. Tarkastellaan kahta esimerkillistä sydän- ja verisuonitilaa, nimittäin verisuonia laajentavien beetasalpaajien (BETA) käytön jälkeen ja verisuonia supistavan fenylefriinin (PHEN) injektion jälkeen. Parametrin kalibrointi kulloinkin kyseessä olevalle yksilölle ja kardiovaskulaariselle tilalle suoritetaan käyttämällä kaksivaiheista epälineaarista monitasomenetelmää, jossa käytetään matala-uskottavaa sydänmallia parametrikorjauksen laskemiseen korkean-uskottavan mallin optimointiongelmaa varten. Keskustelemme kahdesta erilaisesta matalan todenmukaisuuden mallivalinnasta suhteessa niiden kykyyn lisätä parametrien optimointia. Koska mallin jaksolliset tilaehdot (aktiivinen jännitys, verisuonipaineet ja virtaukset) ovat a priori tuntemattomia ja riippuvaisia myös kalibroitavista parametreista (ja päinvastoin), suoritamme parametrien kalibroinnin ja jaksollisten tilaehtojen estimoinnin samanaikaisesti. Parin sydämenlyönnin jälkeen kalibrointialgoritmi konvergoituu vakiintuneeseen, jaksolliseen tilaan, koska veritilavuus säilyy suljetussa verenkiertojärjestelmässä. Ehdotettu malli ja monitasoinen kalibrointimenetelmä ovat kustannustehokkaita ja mahdollistavat potilaskohtaisen in silico -sydänmallin tehokkaan määrittämisen, joka toistaa fysiologiset havainnot erittäin hyvin. Tällainen yksilöllinen ja tilatarkka malli on tärkeä ennustusväline toimenpiteiden suunnittelussa, apuvälinetekniikassa ja muissa lääketieteellisissä sovelluksissa.