心脏电除颤的建模仿真与除颤效能的量化评估研究

发布时间：2017-09-14 22:40

  本文关键词：心脏电除颤的建模仿真与除颤效能的量化评估研究

  更多相关文章： 心脏电除颤 有限元建模与仿真 除颤效能评估 植入型心律转复除颤器 体外电除颤

【摘要】：心源性猝死(sudden cardiac death,SCD)是指由心脏原因引起的、在急性症状出现后一小时内发生的非预期性自然死亡,其发作通常难以预期。其中,70%以上的SCD归因于室性快速心律失常,如心室颤动。心脏电除颤作为目前临床上唯一可靠并被广泛使用的室颤转复方法,能够及时有效地帮助患者恢复正常心律,避免SCD的发生。然而,由于现有的实验条件和临床技术限制,人们对于室颤及其电除颤转复心律的内在机制仍然很不清楚。为了减少因不恰当除颤放电而导致的致命性事件发生,现有的除颤治疗大都根据以往经验采用固定的术式方法实施,例如植入型心律转复除颤器(implantable cardioverter defibrillator,ICD)的电极植入模式或体外除颤的电极贴放位置。而针对小儿或者先天性心脏病人等一类特殊患者,至今还未有一种高效的个体化除颤治疗方法。针对以上问题,本论文将以室颤的植入式ICD体内电除颤以及体外除颤电极配置优化为研究目标,结合医学影像建模以及有限元仿真方法,对ICD的体内电极植入方式以及体外除颤器的体表电极配置进行数值化建模和仿真分析,并通过初步的动物实验对仿真方法和仿真结果进行验证。采用本文优化选择后的除颤电极配置模式及除颤放电方法,将有助于降低除颤所需的放电能量、降低除颤所造成的心肌损伤并改善除颤效果。本文的主要工作和贡献包括:1、结合医学影像分割软件Seg3D、网格剖分工具BioMesh3D、集成化科学问题求解平台SCIRun以及数学分析软件Matlab,建立了一套基于医学影像的除颤电极优化分析网络,能够模拟不同除颤电极在胸腔形成的除颤电场分布;2、提出了一种新的除颤效能量化评估方法,该方法在已有的四种除颤效能参数上,进行加权的多参数除颤效能评估,可用于指导优化电极配置;3、对临床上常用的三种类型的ICD配置进行仿真和除颤效能分析,优化得出了最佳的经静脉ICD电极配置参数、心外膜ICD的电极植入位置以及皮下ICD的多电极配置;4、对临床上常用的体外除颤模式,仿真分析了八种不同的体外除颤电极配置,应用所建立的量化评估模型,获得了除颤效果最佳的左胸侧—右前胸配置(D3-U8)。5、开展了初步的体外除颤动物实验,将仿真求解的除颤电压阈值参数与实验结果相比较,结果的良好吻合验证了本套仿真方法的有效性和仿真结果的可信度。本文的研究工作为临床电除颤技术的个体化应用,特别是ICD的体内植入及体外除颤电极配置提供了一套行之有效的术前规划与效能评估方法,该方法可以根据患者个体的医学影像来进行ICD电极的植入优化,并对除颤器的设计改进提供参考依据,对于改善ICD以及体外除颤的治疗效果,降低对患者造成的除颤损伤有着一定的指导意义。
【关键词】：心脏电除颤 有限元建模与仿真 除颤效能评估 植入型心律转复除颤器 体外电除颤
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R541.7
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 本文研究工作的背景与意义12-13
• 1.2 心律失常及心脏电除颤基础13-15
• 1.3 心脏电除颤技术的国内外研究进展与现状15-19
• 1.3.1 除颤机制及效能评估研究16-17
• 1.3.2 除颤建模与仿真研究17
• 1.3.3 除颤优化及ICD植入规划研究17-19
• 1.3.4 国内外研究现状总结19
• 1.4 本文的主要贡献与创新19-20
• 1.5 本论文的结构安排20-22
• 第二章 心脏电除颤的数理建模与仿真分析22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 心脏电除颤的数理模型22-25
• 2.2.1 胸腔的容积导体模型22-23
• 2.2.2 除颤电场的Laplace数理模型23-24
• 2.2.3 放电电压的有效值转换模型24-25
• 2.3 心脏电除颤的数值化建模25-31
• 2.3.1 基于医学影像的解剖建模25-28
• 2.3.2 有限元建模28-31
• 2.3.2.1 四面体网格剖分28-29
• 2.3.2.2 六面体网格剖分29-30
• 2.3.2.3 高精细度剖分30-31
• 2.4 除颤电场的有限元求解31-36
• 2.4.1 有限元建模31-35
• 2.4.2 有限元计算平台35-36
• 2.4.3 数据后处理36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 基于多参数加权的除颤效能量化评估37-44
• 3.1 引言37
• 3.2 心脏电除颤的等效电路模型37-39
• 3.3 除颤电场的评估参数39-42
• 3.3.1 除颤电压阈值39-41
• 3.3.2 心肌损伤度41
• 3.3.3 场分布均匀度41
• 3.3.4 除颤能量效率41-42
• 3.4 多参数加权评估模型42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 体内ICD植入的术前仿真规划研究44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 体内ICD除颤电极系统及建模44-45
• 4.3 经静脉T-ICD植入的除颤仿真评估45-49
• 4.3.1 单极T-ICD的仿真分析与验证45-47
• 4.3.2 双极T-ICD的仿真分析与优化47-49
• 4.4 心外膜E-ICD植入的除颤仿真评估49-51
• 4.5 全皮下S-ICD植入的除颤仿真评估51-52
• 4.6 多参数除颤效能分析52-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第五章 体外电除颤的电极配置优化研究55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 有限元模型参数55
• 5.3 体外除颤电极配置55-56
• 5.4 除颤电场分布的仿真求解56-59
• 5.4.1 胸腔内的除颤电流场分布56-58
• 5.4.2 除颤电压梯度场的心内分布58-59
• 5.5 除颤效能的多参数评估59-62
• 5.6 本章小结62-63
• 第六章 体外除颤动物实验63-70
• 6.1 引言63
• 6.2 实验方案及所用设备63-67
• 6.2.1 动物实验方案63-64
• 6.2.2“三拐点”方法64-65
• 6.2.3 实验设备介绍65-67
• 6.3 实验结果分析及讨论67-69
• 6.4 本章小结69-70
• 第七章 全文总结与展望70-72
• 7.1 全文总结70-71
• 7.2 论文主要创新点与贡献71
• 7.3 后续工作展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-78
• 攻读硕士学位期间取得的成果78-79

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本文编号：852794