Abstract:
M u l t i - s c a l e m o d e l s o f c a r d i a c s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n t h a t i n t e g r a t e e l e c t r i c a l a c t i v a t i o n o f t h e m y o c a r d i u m wi th l a r g e d e f o r m a t i o n v e n t r i c u l a r m e c h a n i c s a n d c o r o n a r y b l o o d f l ow a r e c u r r e n t l y u n d e r d e v e l o p m e n t . T h e y l ink t h e a p p l i c a t i o n o f c o n s e r v a t i o n l aws (ma s s , m o m e n t u m , cur rent , e t c ) a t t h e t i s s u e level t o a v a r i e t y o f c e l l u l a r p r o c e s s e s s u c h a s ion c h a n n e l e l e c t r o p h y s i o l o g y , c a l c i um t r a n s p o r t , m y o f i l a m e n t me c h a n i c s , m e t a b o l i c p a t h w a y s a n d ( to a l imi ted e x t e n t ) s i g n a l t r a n s d u c t i o n . T h e y a l s o i n c o r p o r a t e t h e d e t a i l e d f i b r o u s - s h e e t s t r u c t u r e o f t h e my o c a r d i a l t i s s u e a n d u s e o r t h o t r o p i c c o n s t i t u t i v e l aws b a s e d o n t h e i n h o m o g e n e o u s ma t e r i a l a x e s . N u m e r i c a l t e c h n i q u e s i n c l u d e l ow d e n s i t y high o r d e r ( c u b i c H e r m i t e ) f ini te e l e m e n t s f o r m e c h a n i c s a n d m a t e r i a l p o i n t b a s e d high d e n s i t y low o r d e r f ini te e l e m e n t s f o r t h e r e a c t i o n - d i f f u s i o n e q u a t i o n s g o v e r n i n g e l e c t r i c a l w a v e p r o p a g a t i o n . Similarly, mu l t i - s c a l e m o d e l s o f t h e l u n g s l ink g a s f l ow in t h e lung a i r w a y s ( b o t h t h e c o n d u c t i n g a n d r e s p i r a t o r y a i r w a y s ) wi th b l o o d f l ow in t h e p u l m o n a r y v e s s e l s ( including a l v e o l a r c a p i l l a r i e s f o r g a s e x c h a n g e ) a n d t h e l a r g e d e f o r m a t i o n m e c h a n i c s o f t h e lung t i s s u e . T h e m o d e l s a r e f i n d i n g a p p l i c a t i o n s in cl inical d i a g n o s i s , v i r t u a l s u r g e r y a n d t h e d e v e l o p m e n t o f me d i c a l d e v i c e s , but not y e t d r u g d i s c o v e r y o r t o x i c o l o g y . To a c h i e v e t h e l a t t e r t h e m o d e l s mu s t a c h i e v e much g r e a t e r s o p h i s t i c a t i o n in t h e r e p r e s e n t a t i o n o f c e l l u l a r p r o c e s s e s , p a r t i c u l a r l y s i g n a l t r a n s d u c t i o n a n d t h e r e g u l a t i o n o f i n t r a c e l l u l a r ions. T h i s t a l k will p r e s e n t a n o v e r v i e w o f t h e c u r r e n t s t a t e o f c a r d i a c a n d p u l m o n a r y mo d e l l i n g a t t h e cell, t i s s u e a n d o r g a n levels, wi th a f o c u s o n me c h a n i c s .