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Efficient time splitting schemes for the monodomain equation in cardiac electrophysiology

Lindner, Laura P. 1; Gerach, Tobias ORCID iD icon 2; Jahnke, Tobias 1; Loewe, Axel ORCID iD icon 2; Weiss, Daniel 1; Wieners, Christian 1
1 Institut für Angewandte und Numerische Mathematik (IANM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Biomedizinische Technik (IBT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Approximating the fast dynamics of depolarization waves in the human heart described by the monodomain model is numerically challenging. Splitting methods for the PDE-ODE coupling enable the computation with very fine space and time discretizations. Here, we compare different splitting approaches regarding convergence, accuracy, and efficiency. Simulations were performed for a benchmark problem with the Beeler–Reuter cell model on a truncated ellipsoid approximating the left ventricle including a localized stimulation. For this configuration, we provide a reference solution for the transmembrane potential. We found a semi-implicit approach with state variable interpolation to be the most efficient scheme. The results are transferred to a more physiological setup using a bi-ventricular domain with a complex external stimulation pattern to evaluate the accuracy of the activation time for different resolutions in space and time.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000154692
Veröffentlicht am 17.01.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1002/cnm.3666
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Zitationen: 2
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Zitationen: 3
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte und Numerische Mathematik (IANM)
Institut für Biomedizinische Technik (IBT)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2040-7939, 2040-7947
KITopen-ID: 1000154692
Erschienen in International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering
Verlag John Wiley and Sons
Band 39
Heft 2
Seiten Art.-Nr.: e3666
Vorab online veröffentlicht am 23.12.2022
Schlagwörter Beeler–Reuter cell model, cardiac electrophysiology, monodomain equation, splitting methods, time integration
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