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基于细胞电生理模型的膜片钳实验仿真平台设计与实现

作 者: 陈志强
导 师: 王宽全
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 计算机科学与技术
关键词: 虚拟心脏 细胞电生理模型 膜片钳实验
分类号: R318.0
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 79次
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内容摘要


心脏是人体重要器官之一,心血管病又是人类三大疾病之一,因此对于它的生理病理研究具有重要意义。为了更好地诊断和治疗各种心脏病,更好、更安全地研发治疗心脏病药,人们一直想用计算机模拟人的心脏活动。随着计算机性能的指数增长,以及复杂心脏运动(例如Na离子交换模型)在数学建模方面取得的极大进步,“虚拟心脏”的构想逐步变为现实,这对心脏的生理病理研究具有重大的意义。心脏建模的首要内容就是对单细胞进行建模,目前的仿真平台都存在功能表述不全,模型不能通用等问题,还没有一个较为完备的膜片钳实验的仿真平台。本文首先介绍了细胞电生理模型的表述内容,分析了当前各种仿真平台的优缺点,结合这些优缺点,提出了建立膜片钳实验仿真平台的想法。本平台用于仿真膜片钳制实验环境下的电压、细胞内外浓度以及激素、激动剂、阻断剂对细胞单个离子通道的控制,建立一个可视化的操作平台。该平台主要实现以下几个功能:仿真膜片钳制实验中电压、细胞内外液浓度以及激素、激动剂、阻断剂等细胞外实验环境;导入细胞模型,自动解析、编译成一个“活体”虚拟细胞;图形化的操作方式,对“活体”虚拟细胞进行膜片钳“实验”;将仿真实验结果同实际实验测定结果比较,自动或人为干预下重建细胞模型,并自动编译成XML语言描述的细胞模型;自动生成图像、数据,统计分析等实验结果。该平台将为细胞模型研究提供一个简单、直接、高效的工具。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-17
  1.1 课题背景与研究意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 心肌细胞电生理知识  12-16
    1.3.1 心肌细胞  12-14
    1.3.2 膜电位  14-15
    1.3.3 离子通道  15
    1.3.4 膜片钳实验  15-16
  1.4 本文的研究内容  16-17
第2章 细胞电生理模型的研究  17-28
  2.1 简述心肌细胞电生理模型  17-19
  2.2 心肌细胞电生理模型的内容  19-24
  2.3 各种细胞电生理仿真模型的分析  24-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 膜片钳实验仿真平台的设计  28-38
  3.1 平台的设计目标  28
  3.2 面向对象设计思想  28-31
  3.3 面向对象设计模式  31-32
  3.4 平台的总体设计  32
  3.5 平台的详细设计  32-37
    3.5.1 信息模型  33
    3.5.2 信息导入  33-34
    3.5.3 信息交互  34-35
    3.5.4 信息表示  35-36
    3.5.5 信息保存  36-37
  3.6 本章小结  37-38
第4章 仿真平台的实现与仿真结果评价  38-49
  4.1 平台的实现环境  38
  4.2 平台实现算法和技术  38-42
    4.2.1 迭代法处理细胞模型  38-40
    4.2.2 XML的应用  40-42
  4.3 平台的主要功能  42-45
  4.4 平台仿真结果分析与评价  45-48
    4.4.1 动作电位曲线  45-47
    4.4.2 离子通道的激活和失活变量曲线  47-48
  4.5 本章小结  48-49
结论  49-50
参考文献  50-54
致谢  54

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中图分类: > 医药、卫生 > 基础医学 > 医用一般科学 > 生物医学工程 > 一般性问题
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