本文關鍵詞： 虛擬心臟 心臟電力學復合模型 有限元法 梗塞區(qū)膨展 束支傳導阻滯 心臟再同步治療 心力衰竭　出處：《浙江大學》2010年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：虛擬心臟的建模仿真工作是一項極其復雜的系統(tǒng)工程,它集解剖學、電生理學、力學、生物化學、數學及計算機科學等為一體,通過對心臟的形態(tài)、運動和功能等方面的仿真,再現心臟生理和病理條件下的生物電傳導、心肌力學和心血管負荷等特性。一個詳細的心臟模型,可以定量地、直觀地研究心臟的動態(tài)行為,成為醫(yī)生極為有用的輔助性工具,而在臨床或動物實驗中很難做到。數學模型可以模擬和分析所有對心臟疾病診斷和治療極為有用的電力學參數,而不必受到倫理學的限制。 本文基于杜克大學醫(yī)學中心提供的犬雙心室解剖結構的磁共振(MRI)掃描體數據和7.1特斯拉場強下的彌散張量-磁共振(DT-MRI)掃描的心肌纖維張量的特征向量數據集,并結合心臟解剖結構知識,首先成功地建立了具有精細解剖結構的犬雙心室三維數學模型。然后基于細胞離子通道模型和單域模型方程的心肌興奮傳播并行算法的實現,得到了心室的電興奮時序和心肌興奮收縮力。最后利用八節(jié)點等參元有限元方法(FEM),在具有材料橫斷各向同性的心室彈性體幾何模型中加入心電興奮力,建立了犬雙心室電力學復合模型,并仿真了心室的運動和變形得到了定量的心室力學特性。在此基礎上,我們建立了心肌梗塞(MI)引起的心衰(HF)模型和束支傳導阻滯(BBB)引起的心衰模型,并針對左束支傳導阻滯(LBBB)建立了心臟再同步治療(CRT)的優(yōu)化模型。 本研究的主要創(chuàng)新點和貢獻有： (1)驗證了采用MRI掃描的真實幾何形狀和DT-MRI掃描的真實纖維旋向數據構建犬雙心室三維電力學復合模型的可行性。幾何形狀和纖維旋向對于心臟的力學特性有著重大的影響,以往的心臟模型多采用簡單幾何形狀的軸對稱模型,心肌纖維旋向假設從心內膜到心外膜是線性變化的,不利于對真實心肌力學特性的研究。 (2)定量地研究了急性心肌梗塞(AMI)后左心室的不同部位發(fā)生心肌梗死和梗塞范圍大小對梗塞區(qū)心肌膨展(IE)程度的影響,通過對收縮期心壁的運動、應變和應力分布情況的模擬分析,驗證了前壁靠心尖部位發(fā)生心肌梗死要比后壁更易產生梗塞區(qū)的心肌膨展,且透壁性的心肌梗塞范圍越大,發(fā)生梗塞區(qū)膨展的程度也越大,與臨床結果相符。國際上有關心肌膨展的虛擬心臟建模定量研究極少。 (3)成功地模擬了BBB情況下的室內和室間的力學不同步,以及電興奮傳播的異步性,證明在BBB期間存在左、右心室間和左心室內的收縮不同步,而RBBB比LBBB有較好的力學同步性和左室收縮功能,心臟會朝向首先興奮的心室運動,且BBB期間室間隔會產生較大的應力。國內外BBB心臟數學模型的研究大多集中在電生理特性上,對RBBB的建模仿真很少。 (4)本研究針對犬LBBB的數學模型,驗證了一種自動的、無損的用于術前BivP起搏位置和室間延遲優(yōu)化的方法和策略,采用的評價標準是“周向一致性比例估計值”(CURE)。結果顯示在CRT優(yōu)化過程中,力學的評價標準(如CURE)優(yōu)于以往計算機模型中采用的電學評價標準(如ERMS),它可以更好地反映心室收縮的同步性和血液動力學特性。同時說明,特定的個體需要根據心臟的解剖結構和病情,單獨地調整起搏電極位置和起搏延遲時間,與當前的臨床研究相符。 總之,該電力學復合心臟模型驗證了利用真實的解剖結構數據和纖維旋向數據可以仿真心臟生理、病理情況下的力學功能,它為下一步建立具有人體特異性的各種病理情況下的計算機模型奠定了基礎�，F代醫(yī)學發(fā)展的一個重要目標就是能夠無損地獲取個體化的正常和不正常情況下的生理信息,得到疾病的精確診斷和治療,而數學模型是實現該目的的一個重要手段。一方面,心臟建�？梢栽黾游覀儗π呐K疾病機制的理解；另一方面,模型往往是真實過程的簡化描述,因此結果需要大量的實驗來驗證。將虛擬心臟模型與各種實驗、臨床檢測手段所獲得的信息進行融合,實現疾病的正確診斷,是心臟建模仿真的最終目的,最重要的在于正向和逆向心臟建模的結合。
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【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：R311;R318.0

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 牛紅霞;華偉;張澍;孫欣;王方正;陳柯萍;陳新;;心臟再同步治療術后房室延遲和室間延遲參數的優(yōu)化[J];中華心律失常學雜志;2005年06期

相關碩士學位論文 前2條

1 黃冉;基于心肌細胞模型的心力衰竭仿真研究[D];浙江大學;2005年

2 霍梅梅;心室電學—力學復合模型初步建模仿真研究[D];浙江大學;2003年

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本文編號：1504009