人心室生物起搏器的建模与仿真

发布时间：2021-04-23 06:23

　　心脏是人体的重要器官之一,为血液的循环提供动力。心脏的功能一旦出现故障,常常导致严重的疾病产生。在心脏疾病中,窦房结功能不全、房室传导阻滞等心电传导疾病是一类高发的心脏病,容易导致胸闷、晕厥甚至猝死等症状。现在,植入电子起搏器是治疗此类疾病的唯一手段。然而,电子起搏器在大大提高患者生活质量的同时,也存在很多不容忽视的问题,比如感染、需要手术更换电池等。由于这些弊端,人们期待能够研发出更先进的起搏器来代替电子起搏器。现在,作为前沿的生物起搏器被认为具有克服电子起搏器弊端的潜力。然而,生物实验往往比较耗时、费力且花费昂贵。本文借助计算机和数学等学科的交叉优势,建立计算模型,从单细胞到组织级别多尺度地探索生物起搏器的起搏机制及其可能导致的疾病风险,为生物起搏器的发展及早日临床应用提供理论指导。论文的主要内容如下:首先,应用非线性动力学理论对单细胞的起搏机制进行分析,找出能够影响细胞起搏的跨膜电流;调整这些跨膜电流,使心室工作细胞具有起搏功能,为生成生物起搏器提供基础。在正常情况下,心室工作细胞是非起搏细胞,受到来自窦房结的阈上电信号的刺激,才产生一个完整的动作电位,然后又回到静息状态;在下一... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的背景及意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究背景
        1.1.3 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 生物起搏器的研究现状
        1.2.2 心脏建模的研究现状
    1.3 心脏电生理基础
        1.3.1 心脏的电传导系统
        1.3.2 动作电位
    1.4 细胞的电生理建模方法
        1.4.1 Nernst方程
        1.4.2 离子通道门控机制
        1.4.3 离子通道电流建模
        1.4.4 单细胞电生理建模
        1.4.5 组织建模
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 单细胞起搏机制的仿真
    2.1 引言
    2.2 HH模型的起搏机制研究
        2.2.1 HH模型介绍
        2.2.2 HH模型的稳定性分析
        2.2.3 钠通道对起搏的影响
        2.2.4 钾通道对起搏的影响
        2.2.5 钠通道和钾通道共同对起搏的影响
    2.3 TNNP06模型的起搏机制研究
        2.3.1 模型介绍
        2.3.2 TNNP06模型稳定性分析
        2.3.3 TNNP06模型各离子通道的作用
    2.4 本章小结
第3章 心室细胞起搏副作用的建模与仿真
    3.1 引言
    3.2 起搏节律对心室节律的影响
        3.2.1 模型的建立
        3.2.2 2D理想模型
        3.2.3 各向同性反应扩散方程求解
        3.2.4 伪心电图计算
        3.2.5 仿真结果与分析
    3.3 心室起搏时的折返波仿真
        3.3.1 模型的建立
        3.3.2 仿真结果及分析
    3.4 本章小结
第4章 与心室组织电隔离的生物起搏器的建模与仿真
    4.1 引言
    4.2 模型的构建
        4.2.1 单细胞模型的建立
        4.2.2 组织级模型的构建方法
        4.2.3 2D解剖模型构建
    4.3 简单生物起搏器的建模与分析
    4.4 与浦肯野纤维相连的生物起搏器的建模与仿真
        4.4.1 基于理想组织的 2D起搏器模型
        4.4.2 基于真实切片数据的 2D起搏器模型
        4.4.3 基于真实切片数据的 3D起搏器仿真
    4.5 本章小结
第5章 通过弱电偶联生成的生物起搏器的建模与分析
    5.1 引言
    5.2 各向异性反应扩散方程求解
    5.3 单细胞模型的建立
    5.4 1D模型的建立与仿真
        5.4.1 初次起搏时间
        5.4.2 1D组织的时空传导仿真
    5.5 2D模型的建立与仿真
        5.5.1 基于理想组织的 2D起搏器模型
        5.5.2 基于真实切片数据的 2D起搏器模型
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]心脏起搏器植入患者焦虑抑郁状况分析[J]. 彭民安,刘传垠,万凤福,王雪樵,易志强,何志华,胡亮华,黄菁.  中国心脏起搏与心电生理杂志. 2015(04)
[2]《中国心血管病报告2013》在京发布 心血管疾病已成我国重大公共卫生问题[J]. 刘志学,胡洋.  中国医药导报. 2014(26)
[3]心电图学系列讲座（五）——心电图各波段参考值[J]. 李中健,李世锋,申继红,刘儒,李帅兵.  中国全科医学. 2014(05)
[4]心脏起搏器的医保现实[J]. 张冉燃.  瞭望. 2012 (22)
[5]全心脏电生理模型的仿真应用[J]. 朱浩,尹炳生,朱代谟.  生物医学工程学杂志. 2003(01)
[6]心电激励下的人体左心室力学响应分析[J]. 夏灵,刘锋.  计算力学学报. 2002(04)
[7]窦房结功能不全的分类[J]. Bashour T T,诸骏仁.  国外医学.心血管疾病分册. 1986(05)
[8]病窦综合征[J]. 娄人树,高野尚志.  重庆医药. 1977(05)



本文编号：3154809