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在逼真3D几何中模拟人类缺血性中风。 (英语) Zbl 1322.92019年

总结:生物信息学医学研究被认为在可靠的数学模型和准确有效的数值方法的条件下,可以减少昂贵的临床试验的需要。在目前的工作中,我们处理模拟人类缺血性中风的反应扩散方程的数值模拟。这一问题引发了一些特殊的困难,如非线性化学源项中时间尺度的广谱,以及反应前沿在空间上非常局部化的陡峭空间梯度,可能导致较大的刚度。此外,为了正确描述这种现象,必须对真实的3D几何体进行模拟。本文的主要目标是首次获得真实几何体的三维模拟,并表明模拟结果与实验研究中获得的或中风患者MRI图像上观察到的结果一致。{}为此,我们引入了一种主要基于时间算子分裂的新的分辨率策略,该策略考虑了复杂的几何结构,并针对共享内存体系结构引入了一个构思良好的并行化策略。然后,我们考虑反应的高阶隐式时间积分和扩散项的显式时间积分,以建立一个时间算子分裂格式,有效地利用每个问题的特殊特性。因此,我们的目标是在一个功能强大的工作站上,用传统的计算资源解决完整而现实的模型,包括所有的时间和空间尺度。因此,正如预期的那样,首次针对真实的大脑几何形状进行了缺血性中风的2D和全3D数值模拟,并显示出重现了中风患者MRI图像上观察到的动力学。除了这一主要步骤之外,为了提高模拟的准确性和计算效率,我们指出了当前的数值策略如何与空间自适应多分辨率方案相结合。在简单几何结构框架中的初步结果允许评估建议的策略以进行进一步开发。

MSC公司:

92 C55 生物医学成像和信号处理
92年第35季度 与生物、化学和其他自然科学相关的PDE
92 C50 医疗应用(通用)
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全文: 内政部 哈尔