心肌組織中電傳導(dǎo)過程的仿真研究.pdf

1、心臟病與癌癥、糖尿病同為嚴(yán)重威脅現(xiàn)代人類健康的三大疾病。而心腦血管疾病是三種疾病中的最大殺手。有數(shù)據(jù)表明，每年由心臟病引起的死亡人數(shù)幾乎接近同年各類傳染病造成的死亡人數(shù)，接近總死亡人數(shù)的三分之一。心臟病正嚴(yán)重威脅著人類健康。因此，對心臟病的生理病理研究對人類的健康生活與發(fā)展具有重大意義。心臟作為人體最重要的器官之一，對其進(jìn)行研究所需要的實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)環(huán)境不能夠大批量的得到。為了更好地診斷和治療各類心臟疾病，更安全地研發(fā)治療心臟病的藥物，

2、人們一直嘗試?yán)糜?jì)算機(jī)來模擬人類心臟的活動(dòng)。虛擬心臟是當(dāng)前國際研究與合作的熱點(diǎn)課題，具有十分重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。它可以仿真活體心臟的活動(dòng)，能夠進(jìn)行無創(chuàng)預(yù)診，還有助于心臟病的治療藥物的研制。本研究將重心放在虛擬心臟的電生理模型部分，專注于心肌組織中電傳導(dǎo)過程的仿真研究。
　　本文將心肌組織中的電傳導(dǎo)過程的仿真研究分為以下幾個(gè)部分:首先是對單個(gè)心肌細(xì)胞的動(dòng)作電位產(chǎn)生原理進(jìn)行研究，在獲得了描述單個(gè)心肌細(xì)胞的電生理過程模型后，對心肌

3、細(xì)胞之間電興奮信號傳播的過程進(jìn)行研究。然后利用擴(kuò)散張量，描述出了細(xì)胞之間耦合的電興奮傳導(dǎo)過程。之后，對描述心肌細(xì)胞之間電傳導(dǎo)安全性的安全系數(shù)進(jìn)行了原理分析，并實(shí)現(xiàn)了以細(xì)胞間電傳導(dǎo)模擬結(jié)果為基礎(chǔ)，對安全系數(shù)的計(jì)算。最后，利用心肌細(xì)胞之間電傳導(dǎo)的模擬結(jié)果計(jì)算獲得了體表測定得到的心電圖的心室成分。
　　在研究了原理及算法后，本文利用VTK與MFC混合編程，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了心肌細(xì)胞間電傳導(dǎo)仿真子系統(tǒng)。該仿真系統(tǒng)能夠仿真一列心肌細(xì)胞的動(dòng)作電位及

4、動(dòng)作電位在細(xì)胞間的傳導(dǎo)過程，計(jì)算這些細(xì)胞形成的偽心電圖，并且還能夠?qū)⒎抡娴玫降慕Y(jié)果繪制輸出。同時(shí)，能夠后臺計(jì)算該細(xì)胞隊(duì)列的傳導(dǎo)安全系數(shù)。在對系統(tǒng)功能進(jìn)行測試后，本研究利用搭建成功的系統(tǒng)對左心室肥大癥狀進(jìn)行了探索性仿真，獲得的結(jié)果符合臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)。證明該系統(tǒng)可以成功進(jìn)行基于心肌細(xì)胞離子通道的對心肌組織內(nèi)電傳導(dǎo)的仿真。
　　最后，本文對心肌組織中電傳導(dǎo)仿真的后續(xù)工作進(jìn)行了展望，分別從病理研究、藥物研究、醫(yī)療教學(xué)以及進(jìn)一步的虛擬建模幾個(gè)