Bridging Finite Element and Machine Learning Modeling: Stress Prediction of Arterial Walls in Atherosclerosis

冯·米塞斯屈服准则 有限元法 人工神经网络 参数统计 人工智能 超弹性材料 计算机科学 参数化模型 机器学习 结构工程 工程类 数学 统计
作者
Ali Madani,Ahmed A. Bakhaty,Jiwon Kim,Yara Mubarak,Mohammad R. K. Mofrad
出处
期刊:Journal of biomechanical engineering [ASME International]
卷期号:141 (8) 被引量:63
标识
DOI:10.1115/1.4043290
摘要

Finite element and machine learning modeling are two predictive paradigms that have rarely been bridged. In this study, we develop a parametric model to generate arterial geometries and accumulate a database of 12,172 2D finite element simulations modeling the hyperelastic behavior and resulting stress distribution. The arterial wall composition mimics vessels in atherosclerosis-a complex cardiovascular disease and one of the leading causes of death globally. We formulate the training data to predict the maximum von Mises stress, which could indicate risk of plaque rupture. Trained deep learning models are able to accurately predict the max von Mises stress within 9.86% error on a held-out test set. The deep neural networks outperform alternative prediction models and performance scales with amount of training data. Lastly, we examine the importance of contributing features on stress value and location prediction to gain intuitions on the underlying process. Moreover, deep neural networks can capture the functional mapping described by the finite element method, which has far-reaching implications for real-time and multiscale prediction tasks in biomechanics.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
飞羽发布了新的文献求助10
刚刚
1秒前
星辰大海应助Hello_Alina采纳,获得10
1秒前
传奇3应助不踩油门采纳,获得10
1秒前
1秒前
完美世界应助Kate采纳,获得10
3秒前
华仔应助frank采纳,获得10
3秒前
3秒前
wuye发布了新的文献求助10
3秒前
xmd发布了新的文献求助10
4秒前
郭翔发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
某某.完成签到,获得积分10
5秒前
核动力路灯完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
米米米发布了新的文献求助10
5秒前
Orange应助gyh采纳,获得10
6秒前
yanganlin发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
8秒前
8秒前
WJTng发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
9秒前
9秒前
慕青应助zychaos采纳,获得10
10秒前
典雅的访天完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
赘婿应助米米米采纳,获得10
11秒前
Hum0ro98发布了新的文献求助10
11秒前
xmd完成签到,获得积分10
13秒前
13秒前
13秒前
袁小豪发布了新的文献求助10
14秒前
Hello_Alina发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
π.发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
Owen应助zfczfc采纳,获得10
16秒前
yi只熊发布了新的文献求助10
16秒前
高分求助中
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 2500
Continuum thermodynamics and material modelling 2000
Healthcare Finance: Modern Financial Analysis for Accelerating Biomedical Innovation 2000
Applications of Emerging Nanomaterials and Nanotechnology 1111
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 1000
지식생태학: 생태학, 죽은 지식을 깨우다 700
Neuromuscular and Electrodiagnostic Medicine Board Review 700
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 材料科学 生物 工程类 有机化学 生物化学 纳米技术 内科学 物理 化学工程 计算机科学 复合材料 基因 遗传学 物理化学 催化作用 细胞生物学 免疫学 电极
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3469715
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3062911
关于积分的说明 9080378
捐赠科研通 2753084
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1510742
邀请新用户注册赠送积分活动 697987
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 697975