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复杂心室组织电生理建模与心肌缺血折返波仿真研究

作　者: 柳天娇
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: 左心室建模与仿真折返波心肌缺血
分类号: R331
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 14次
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内容摘要

心脏是人体的重要器官,心脏疾病严重威胁着人类的健康,因此,对心脏生理机能的研究越来越受到人们的关注。传统的研究手段通常是借助于动物实验的方法。但是这些方法不仅周期长、代价高、危险性大,往往难以得到令人满意的结果。而且动物心脏和人体心脏在大小,心率,细胞动作电位的形状、时程等方面都存在很大差异,因此动物实验得到的结果也不能直接推广到人体。而随着计算机技术的飞速发展以及数学建模知识的不断进步,利用计算机进行仿真实验和研究则可以很好地解决这些问题。它不仅能够仿真心脏的兴奋传播过程,而且能够仿真心脏各种病变的内在生理机制,在临床诊断和药物研制上有很高的应用价值。基于真实的左心室解剖数据和人体心室细胞模型,本文采用有限差分法构建二维左心室网格模型,并仿真了组织内心肌细胞正常和异常时电压的传播情况。在此模型基础上深入研究了心肌缺血导致心律失常的内在机制。主要研究内容如下:首先,基于最新的人体心室肌细胞TNNP模型,应用实验室提供的三维人体心脏数据,构建了左心室切片的二维网格模型,并且按照TNNP模型的要求,将左心室切片按心肌方向,从内到外分为三层。通过在不同层次的心肌细胞上加刺激,仿真出了正常组织内的心电传播过程。其次,基于构建的左心室切片模型,通过设置缺血程度及缺血面积,建立了心肌缺血模型。仿真出了折返波在不同缺血症状下的传播情况,通过对比折返波在正常组织以及在不同缺血症状下的形态,对心肌缺血导致心律失常的内在机制做了相应的解释。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究的背景和意义  9-11
    1.1.1 课题背景  9-10
    1.1.2 研究意义及创新  10-11
  1.2 国内外研究现状综述  11-13
  1.3 本文的研究内容及实验环境  13-14
    1.3.1 本文的研究内容  13-14
    1.3.2 本文的实验环境  14
  1.4 论文的组织结构  14-15
第2章电生理仿真背景知识介绍  15-28
  2.1 心脏的电生理学基础  15-20
    2.1.1 心肌细胞的静息电位  15-16
    2.1.2 心肌细胞跨膜电位及其产生机制  16-18
    2.1.3 心脏的兴奋传导系统  18-20
  2.2 电生理模型  20-26
    2.2.1 单细胞模型  20-24
    2.2.2 兴奋传导模型  24-26
  2.3 心脏电生理仿真简介  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章左心室电生理建模  28-40
  3.1 细胞模型的选择  28-29
  3.2 左心室切片模型的建立  29-32
    3.2.1 左心室数据的提取  29-30
    3.2.2 心内膜到心外膜分层  30-32
  3.3 所用的数值解决方法  32-37
    3.3.1 跨膜电位的计算方法  32-35
    3.3.2 门控变量的计算方法  35-37
  3.4 仿真结果  37-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章心肌缺血折返波仿真  40-53
  4.1 缺血心肌的细胞电生理  40-43
    4.1.1 细胞外钾离子浓度  40-41
    4.1.2 静息电位  41
    4.1.3 动作电位  41-42
    4.1.4 传导速度  42-43
  4.2 折返波仿真及其结果  43-44
    4.2.1 激发折返波的方法  43-44
    4.2.2 折返波仿真结果  44
  4.3 心肌缺血仿真及讨论  44-52
    4.3.1 缺血模型的建立  44-46
    4.3.2 缺血程度对折返波的影响及讨论  46-49
    4.3.3 缺血面积对折返波的影响及讨论  49-52
  4.4 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-58
攻读学位期间发表的学术论文  58-60
致谢  60

复杂心室组织电生理建模与心肌缺血折返波仿真研究

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