心肌組織中電傳導過程的仿真研究.pdf

1、心臟病與癌癥、糖尿病同為嚴重威脅現(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，對其進行研究所需要的實驗材料及實驗環(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、人們一直嘗試利用計算機來模擬人類心臟的活動。虛擬心臟是當前國際研究與合作的熱點課題，具有十分重要的學術(shù)價值和社會價值。它可以仿真活體心臟的活動，能夠進行無創(chuàng)預診，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過程的仿真研究。
　　本文將心肌組織中的電傳導過程的仿真研究分為以下幾個部分:首先是對單個心肌細胞的動作電位產(chǎn)生原理進行研究，在獲得了描述單個心肌細胞的電生理過程模型后，對心肌

3、細胞之間電興奮信號傳播的過程進行研究。然后利用擴散張量，描述出了細胞之間耦合的電興奮傳導過程。之后，對描述心肌細胞之間電傳導安全性的安全系數(shù)進行了原理分析，并實現(xiàn)了以細胞間電傳導模擬結(jié)果為基礎(chǔ)，對安全系數(shù)的計算。最后，利用心肌細胞之間電傳導的模擬結(jié)果計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，設計并實現(xiàn)了心肌細胞間電傳導仿真子系統(tǒng)。該仿真系統(tǒng)能夠仿真一列心肌細胞的動作電位及

4、動作電位在細胞間的傳導過程，計算這些細胞形成的偽心電圖，并且還能夠?qū)⒎抡娴玫降慕Y(jié)果繪制輸出。同時，能夠后臺計算該細胞隊列的傳導安全系數(shù)。在對系統(tǒng)功能進行測試后，本研究利用搭建成功的系統(tǒng)對左心室肥大癥狀進行了探索性仿真，獲得的結(jié)果符合臨床診斷標準。證明該系統(tǒng)可以成功進行基于心肌細胞離子通道的對心肌組織內(nèi)電傳導的仿真。
　　最后，本文對心肌組織中電傳導仿真的后續(xù)工作進行了展望，分別從病理研究、藥物研究、醫(yī)療教學以及進一步的虛擬建模幾個