心脏窦房结缺血的多尺度建模与仿真研究
发布时间：2021-08-12 10:29
窦房结是心脏自动节律起搏点,将自发形成的周期性电兴奋通过心脏传导系统传至整个心脏,引起心肌的收缩与舒张。可见,窦房结就像心脏的最高级指挥官,引领整个心脏系统进行规律性活动。近年来对病窦综合征的科学研究取得了良好的发展,但是人们对于病窦综合征更深层次的理解以及该类疾病预防和治疗策略的发展仍然欠佳。为了详细阐明凭借生理实验方式难以探索的窦房结缺血机制及该疾病的治疗等问题,本文基于计算机技术、心脏动力学和数学知识,构建兔子窦房结多尺度电生理模型进行定量仿真分析,阐明窦房结缺血引发心动过缓的机制并预测潜在的药物治疗方法。本文主要研究内容如下:首先,进行窦房结起搏电流（If）阻滞对心率调节机制的理论分析与仿真验证。将理论推导和仿真验证相结合,证明部分抑制If电流时动作电位自动去极化阶段膜电流总和越小,起搏周期增量就越大。接着,利用前向欧拉法仿真分析具有不同动力学特性的人和兔子If电流局部阻断对心率的调节作用,揭示临床应用伊伐布雷定（ivabradine,IVA）抑制If电流减缓心率,治疗由缺血性心疾病（如慢性...
【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】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
心脏解剖结构和各类心肌细胞动作电位示意图
哈尔滨工业大学工学博士学位论文而我国在心脏解剖结构模型构建方面也取得了一定的成果，如上海交蒋峻等[52]和第三军医大学的李燕丽等[53]都曾基于中国数字人（男性）心脏三维模型。蒋峻等[52]建立的模型可辨认出左右心房、左右心室和及其分支的位置和形态。此外，李凤霞和张海东还进行了绵羊窦房结体重建[54]。这些心脏解剖结构模型，对于构建具有真实解剖结构的组官级的心脏电传导模型和进行心脏病理机制的研究具有重要意义。
心脏组织级电传导模型分为一维细胞纤维束模型和二维组织模型，它们都是以细胞的电生理模型为基础构建的。二维组织模型又可以分为基于理想组织和基于真实解剖数据（二维切片）的组织模型。心脏器官级电传导模型建模，需要结合三维重建的心脏解剖结构和心肌纤维走向信息，基于反应-扩散模型构建出能够反映心脏真实电兴奋产生和传导路径的模型。器官级模型包含的信息量更加丰富（包含数百万的各类型心肌细胞电生理信息），功能更加复杂（需要同时考虑电传导在时间和空间尺度的复杂性），所以这一层级的建模工作极具困难与挑战，也是目前的热点研究问题。世界上首个二维心房组织模型是由 Moe 等人基于惠更斯原理建立，通过该模型直观显示并揭示房颤的本质是折返[56]。英国曼彻斯特大学 Henggui Zhang教授课题组通过构建心房三维模型，为房颤机制的研究提供了有效的仿真平台[49]，并对 KCNA5 基因突变诱发房性心律失常的机制进行了仿真研究（如图 1-3所示）[57]。另有研究通过构建心房三维器官模型，仿真揭示房颤的发生与心房组织的非匀质性和各向异性的关系[31]、组织边界区域局部纤维化导致的传导速率下降与房颤的内在关联等问题[58]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国心血管病报告2017》概要[J]. 陈伟伟,高润霖,刘力生,朱曼璐,王文,王拥军,吴兆苏,李惠君,顾东风,杨跃进,郑哲,蒋立新,胡盛寿. 中国循环杂志. 2018(01)
[2]中国心血管病报告2013概要[J]. 陈伟伟,高润霖,刘力生,朱曼璐,王文,王拥军,吴兆苏,胡盛寿. 中国循环杂志. 2014(07)
[3]基于Amira 4.1.1绵羊窦房结的三维立体重建[J]. 李凤霞,张海东. 中国临床研究. 2014(04)
[4]益气通阳方治疗病态窦房结综合征临床观察[J]. 刘金凤,汪艳丽,徐利亚,展慧慧,刘如秀,刘志明. 中国中医药信息杂志. 2014(04)
[5]基于中国数字人数据的心脏三维模型的重建[J]. 蒋峻,谢叻,方彬吉,张绍祥,周朝政. 组织工程与重建外科杂志. 2014(01)
[6]病态窦房结综合征中医证治概况[J]. 程飞,张军,刘炜,刘玉洁. 中国中医急症. 2011(07)
[7]中国的可持续发展离不开健康管理[J]. 黄建始. 疾病控制杂志. 2006(03)
[8]首例中国可视化人体心脏三维重建及临床意义[J]. 郭燕丽,张绍祥,刘正津,谭立文,邱明国,李七渝,崔高宇,李恺,杨晓萍,张伟国,陈现红,陈伟,陆明,王欲甦,邓俊辉,唐泽圣. 第三军医大学学报. 2003(07)
本文编号：3338152
【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】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
心脏解剖结构和各类心肌细胞动作电位示意图
哈尔滨工业大学工学博士学位论文而我国在心脏解剖结构模型构建方面也取得了一定的成果，如上海交蒋峻等[52]和第三军医大学的李燕丽等[53]都曾基于中国数字人（男性）心脏三维模型。蒋峻等[52]建立的模型可辨认出左右心房、左右心室和及其分支的位置和形态。此外，李凤霞和张海东还进行了绵羊窦房结体重建[54]。这些心脏解剖结构模型，对于构建具有真实解剖结构的组官级的心脏电传导模型和进行心脏病理机制的研究具有重要意义。
心脏组织级电传导模型分为一维细胞纤维束模型和二维组织模型，它们都是以细胞的电生理模型为基础构建的。二维组织模型又可以分为基于理想组织和基于真实解剖数据（二维切片）的组织模型。心脏器官级电传导模型建模，需要结合三维重建的心脏解剖结构和心肌纤维走向信息，基于反应-扩散模型构建出能够反映心脏真实电兴奋产生和传导路径的模型。器官级模型包含的信息量更加丰富（包含数百万的各类型心肌细胞电生理信息），功能更加复杂（需要同时考虑电传导在时间和空间尺度的复杂性），所以这一层级的建模工作极具困难与挑战，也是目前的热点研究问题。世界上首个二维心房组织模型是由 Moe 等人基于惠更斯原理建立，通过该模型直观显示并揭示房颤的本质是折返[56]。英国曼彻斯特大学 Henggui Zhang教授课题组通过构建心房三维模型，为房颤机制的研究提供了有效的仿真平台[49]，并对 KCNA5 基因突变诱发房性心律失常的机制进行了仿真研究（如图 1-3所示）[57]。另有研究通过构建心房三维器官模型，仿真揭示房颤的发生与心房组织的非匀质性和各向异性的关系[31]、组织边界区域局部纤维化导致的传导速率下降与房颤的内在关联等问题[58]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国心血管病报告2017》概要[J]. 陈伟伟,高润霖,刘力生,朱曼璐,王文,王拥军,吴兆苏,李惠君,顾东风,杨跃进,郑哲,蒋立新,胡盛寿. 中国循环杂志. 2018(01)
[2]中国心血管病报告2013概要[J]. 陈伟伟,高润霖,刘力生,朱曼璐,王文,王拥军,吴兆苏,胡盛寿. 中国循环杂志. 2014(07)
[3]基于Amira 4.1.1绵羊窦房结的三维立体重建[J]. 李凤霞,张海东. 中国临床研究. 2014(04)
[4]益气通阳方治疗病态窦房结综合征临床观察[J]. 刘金凤,汪艳丽,徐利亚,展慧慧,刘如秀,刘志明. 中国中医药信息杂志. 2014(04)
[5]基于中国数字人数据的心脏三维模型的重建[J]. 蒋峻,谢叻,方彬吉,张绍祥,周朝政. 组织工程与重建外科杂志. 2014(01)
[6]病态窦房结综合征中医证治概况[J]. 程飞,张军,刘炜,刘玉洁. 中国中医急症. 2011(07)
[7]中国的可持续发展离不开健康管理[J]. 黄建始. 疾病控制杂志. 2006(03)
[8]首例中国可视化人体心脏三维重建及临床意义[J]. 郭燕丽,张绍祥,刘正津,谭立文,邱明国,李七渝,崔高宇,李恺,杨晓萍,张伟国,陈现红,陈伟,陆明,王欲甦,邓俊辉,唐泽圣. 第三军医大学学报. 2003(07)
本文编号：3338152
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