A Flexible High Performance Approach to Cardiac Electromechanics

L'insufficienza cardiaca è una delle patologie più frequenti nei paesi occidentali. Essa è il risultato di diverse malattie cardiache che compromettono a complessa interazione tra l'attività elettrica e meccanica del cuore. L’insufficienza cardiaca provoca una progressiva riduzione delle capacità motorie e della qualità della vita in generale e è in continuo aumento.
Fortunatamente, le sempre maggiori capacità dei moderni supercomputer e il progresso del calcolo ad elevate prestazioni hanno permesso negli ultimi decenni lo studio approfondito di modelli cardiaci “in silico” sempre più dettagliati. I modelli matematici e le simulazioni numeriche si sono rilevate fondamentali per descrivere e capire i diversi processi che hanno luogo nel cuore. Gli strumenti di simulazione più ampiamente utilizzati si basano su modelli, discretizzazioni e metodi di risoluzione che si focalizzano puramente su un approccio meccanico o elettrofisiologico. Sebbene esistano modelli elettromeccanici, che incorporano entrambi gli aspetti, i metodi numerici e gli strumenti di simulazione di questi sistemi accoppiati non sono ancora efficienti ed elaborati se comparati a quelli sviluppati per il caso dei modelli “mono-fisica”. Questo risulta essere chiaramente uno svantaggio rilevante nella ricerca e nelle reali applicazioni cliniche.
L'obiettivo di questo progetto è dunque quello di sviluppare un nuovo framework di simulazione, basato sugli elementi finiti, che permetta di simulare ed indagare tutte le componenti elettrofisiologiche e meccaniche che avvengono alle diverse scale spazio-temporali. In tal modo si vuole creare un “laboratorio virtuale” che permetta di perfezionare la diagnosi e la terapia (delle malattie causa) dell’insufficienza cardiaca.
Basandoci sull’utilizzo delle più moderne tecniche esistenti nel campo della simulazione numerica, sarà quindi possibile sfruttare pienamente le capacità dei moderni supercomputer, trasformandoli in un utilissimo strumento di simulazione del cuore.