Viene introdotto un modello per la simulazione della meccanica cardiaca paziente-specifica, che incorpora un modello ad elementi finiti tridimensionale della parte ventricolare del cuore, che è accoppiato ad un sistema vascolare ad anello chiuso di ordine ridotto 0-dimensionale, valvola cardiaca e modello della camera atriale. I ventricoli sono modellati da una legge materiale passiva ortotropa non lineare. L’attivazione elettrica è imitata da uno stress attivo parametrizzato prescritto che agisce lungo un generico orientamento delle fibre muscolari. La nostra funzione di attivazione è costruita in modo tale che l’inizio della contrazione ventricolare e il rilassamento, nonché la pendenza della curva di stress attivo sono parametrizzati. Il modello ventricolare paziente-specifico basato sull’imaging è precompresso a una bassa pressione end-diastolica per tenere conto della configurazione imaged e stressata. Le condizioni al contorno visco-elastiche di Robin sono applicate alla base del cuore e all’epicardio per tenere conto dell’incorporazione circostante. Trattiamo l’interazione fluido solido-0D 3D come un problema monolitico fortemente accoppiato, che è coerentemente linearizzato rispetto alle variabili del modello solido 3D e fluido 0D per consentire una procedura di soluzione di tipo Newton. Il risultante sistema lineare accoppiato di equazioni è risolto iterativamente in ogni passo di Newton usando 2 × 2 precondizionamenti a blocchi basati sulla fisica. Inoltre, presentiamo nuove strategie efficienti per la calibrazione dei parametri attivi di resistenza contrattile e vascolare alla pressione ventricolare sinistra sperimentale e dati di volume di ictus ottenuti in esperimenti suini. Due stati esemplari di condizione cardiovascolare sono considerati, vale a dire, dopo l’applicazione di beta bloccanti vasodilatatori (BETA) e dopo l’iniezione di fenilefrina vasocostrittiva (PHEN). La calibrazione dei parametri per l’individuo specifico e lo stato cardiovascolare a portata di mano viene eseguita utilizzando un metodo multilivello non lineare a 2 stadi che utilizza un modello cardiaco a bassa fedeltà per calcolare una correzione dei parametri per il problema di ottimizzazione del modello ad alta fedeltà. Discutiamo 2 diverse scelte di modelli a bassa fedeltà rispetto alla loro capacità di aumentare l’ottimizzazione dei parametri. Poiché le condizioni di stato periodiche sul modello (stress attivo, pressioni vascolari e flussi) sono a priori sconosciute e dipendono anche dai parametri da calibrare (e viceversa), eseguiamo la calibrazione dei parametri e la stima delle condizioni di stato periodiche contemporaneamente. Dopo un paio di battiti cardiaci, l’algoritmo di calibrazione converge verso uno stato periodico e stabile a causa della conservazione del volume di sangue all’interno del sistema circolatorio ad anello chiuso. Il modello proposto e il metodo di calibrazione multilivello sono efficienti in termini di costi e permettono una determinazione efficiente di un modello cardiaco in silico specifico per il paziente che riproduce molto bene le osservazioni fisiologiche. Un tale modello individuale e accurato è un importante strumento predittivo nella pianificazione degli interventi, nell’ingegneria dei dispositivi di assistenza e in altre applicazioni mediche.