A computational study to assess the impact of different myofiber architectures on the left ventricular deformation

Adopting different fiber and sheetlet orientations within cardiac computational models may affect the cardiac mechanics. In our study, a left ventricular computational model of canine heart was developed to investigate the validity of this hypothesis by implementing two configurations for each of fiber and sheetlet orientations. These configurations were assessed by considering two constitutive models for passive myocardium, and the results were compared against experimental data available in the literature. Strain and stress distributions, wall thickening, torsion, stroke volume, ejection fraction, and longitudinal shortening are the parameters that were compared in this regard. Results show that a linear fiber orientation, varying from -60° at epicardium and 60° at endocardium, as well as a transmural uniform sheetlet orientation with an angle of 0°, are in better agreement with physiological measurments, compared with a non-linear fiber orientation with the same trend as the linear configuration, and a parabolic sheetlet orientation with magnitudes of 45° at both endocardium and epicardium, and -45° at midwall. While in physiological circumstances, wall thickening increases from base to apex, within our study, the highest wall thickenings belong to midwall region. The global torsional direction of apex and base in our model complies with that of apex and base in physiological heart. In addition, our study has a good prediction in ejection fraction. Finally, transversely isotropic constitutive model illustrated better performance in predicting physiological cardiac mechanics in comparison with the orthotropic constitutive model.

L'adozione di diversi orientamenti di fibre e foglietti all'interno di modelli computazionali cardiaci può influenzare la meccanica cardiaca. Nel nostro studio, è stato sviluppato un modello computazionale del ventricolo sinistro del cuore canino per indagare sulla validità di questa ipotesi implementando due configurazioni per ciascuno degli orientamenti delle fibre e dei foglietti. Queste configurazioni sono state valutate considerando due modelli costitutivi per il miocardio passivo ei risultati sono stati confrontati con i dati sperimentali disponibili in letteratura. Distribuzioni di deformazione e sollecitazione, ispessimento della parete, torsione, volume della corsa, frazione di eiezione e accorciamento longitudinale sono i parametri che sono stati confrontati a questo proposito. I risultati mostrano che un orientamento lineare delle fibre, variabile da -60° all'epicardio e 60° all'endocardio, così come un orientamento transmurale uniforme del sheetlet con un angolo di 0°, sono in migliore accordo con le misurazioni fisiologiche, rispetto a un orientamento non lineare orientamento delle fibre con lo stesso andamento della configurazione lineare e un orientamento parabolico del foglio con magnitudini di 45° sia all'endocardio che all'epicardio e -45° a parete mediana. Mentre in circostanze fisiologiche, l'ispessimento della parete aumenta dalla base all'apice, all'interno del nostro studio, gli ispessimenti della parete più alti appartengono alla regione mediana. La direzione torsionale globale dell'apice e della base nel nostro modello è conforme a quella dell'apice e della base nel cuore fisiologico. Inoltre, il nostro studio ha una buona previsione nella frazione di eiezione. Infine, il modello costitutivo isotropo trasversalmente ha illustrato prestazioni migliori nella previsione della meccanica cardiaca fisiologica rispetto al modello costitutivo ortotropo.