心臟疾病是目前全球人群健康的首要死亡因素,且發(fā)病率及死亡人數(shù)仍處在上升的階段,因此對于心臟生理以及病理的研究受到了國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。利用虛擬心臟模型對心臟的各種生理機(jī)制進(jìn)行仿真研究是目前臨床實(shí)驗(yàn)方法的有效輔助手段。虛擬心臟的建模仿真是一項(xiàng)極為復(fù)雜的系統(tǒng)工作,其集合了細(xì)胞學(xué)、生物化學(xué)、解剖學(xué)、基因工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)及物理理論等眾多學(xué)科,通過對心臟的形態(tài)以及功能等方面進(jìn)行建模仿真,重現(xiàn)心臟在正常以及病理?xiàng)l件下的電生理、心肌機(jī)械力學(xué)和血流動(dòng)力學(xué)等各種特性。利用虛擬心臟模型對心臟進(jìn)行仿真研究,其優(yōu)點(diǎn)在于可以定量并且直觀地研究心臟的動(dòng)態(tài)行為以及各種參數(shù)指標(biāo),并且可以十分方便地探究心臟在微觀細(xì)胞層次的生理變化與宏觀整體心臟變化的聯(lián)系,從而有助于提高心臟疾病的診治水平以及創(chuàng)新藥物的研發(fā)。此外,虛擬心臟可以對研究問題進(jìn)行反復(fù)仿真,試驗(yàn)和結(jié)果的可重復(fù)性強(qiáng),并且沒有醫(yī)學(xué)倫理方面的限制,這在臨床人體和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中很難實(shí)現(xiàn)。本文的研究工作主要是圍繞虛擬心臟模型的構(gòu)建以及正常和病理?xiàng)l件下的心臟電生理仿真這個(gè)主題所展開。研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:基于南方醫(yī)科大學(xué)附屬珠江醫(yī)院提供的人體全心臟64層螺旋CT掃描獲得的圖像數(shù)據(jù),結(jié)合心臟的解剖結(jié)構(gòu)知識(shí),構(gòu)建了具有精細(xì)解剖結(jié)構(gòu)的人體全心臟三維數(shù)據(jù)模型。根據(jù)心臟中不同心肌細(xì)胞的電生理特性,基于離子通道水平構(gòu)建了各種心肌細(xì)胞的動(dòng)作電位模型。充分考慮真實(shí)心臟的興奮傳導(dǎo)通道并基于心肌纖維旋向的興奮擴(kuò)散各向異性,采用興奮擴(kuò)散方程模擬出了心肌細(xì)胞電興奮的傳導(dǎo)過程。然后基于真實(shí)完整的男性虛擬人體軀干模型,模擬出心電場和體表電位的分布情況,進(jìn)而計(jì)算得到了體表12導(dǎo)聯(lián)心電圖。之后將構(gòu)建的整套虛擬心臟模型應(yīng)用于多種心臟的病理仿真中,將病理?xiàng)l件下的心臟電興奮傳導(dǎo)時(shí)序圖以及12導(dǎo)聯(lián)心電圖波形與正常情況下的結(jié)果進(jìn)行比較。首先,基于耦合的人體心肌細(xì)胞-成纖維細(xì)胞模型,在細(xì)胞層面和組織層面上研究了纖維化對人體心房的影響。結(jié)果表明,纖維化可以改變心房肌細(xì)胞的動(dòng)作電位形態(tài),減緩興奮波的傳播并具有頻率依賴性。這些影響可導(dǎo)致心房電生理異質(zhì)性,單純纖維化足以引起心律失常,誘發(fā)心房興奮波的逆向傳導(dǎo)。在正常心率下可導(dǎo)致P波幅度降低和加寬,而在高心率下可顯著延長P波時(shí)限并形成倒置P波,并且這些癥狀會(huì)隨著纖維化程度的增加而加重。因此纖維化是房性心律失常的基礎(chǔ),其可能是治療房性心律失常的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。纖維化心房引起的P波變化可為臨床診斷提供參考。其次,通過對左右心房間四條傳導(dǎo)通道(包括Bachmann束;右肺靜脈后部的穿間隔纖維,即VRPV通道;卵圓窩處的橫隔纖維,即FO通道;以及冠狀竇附近的心肌束,即CS通道)進(jìn)行阻滯,仿真了不同傳導(dǎo)通道阻滯的組合對于房間阻滯(IAB)的影響。結(jié)果表明,單一的心房間傳導(dǎo)通道的阻滯不能使P波滿足典型的IAB臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)。Bachmann束和VRPV通路在IAB中均發(fā)揮著重要作用。心房間的四條傳導(dǎo)通道的重要性等級(jí)依次為Bachmann束,VRPV通道,FO通道和CS通道(即上端通道比下端通道更重要)。雖然單一的下端通道在心房間傳導(dǎo)中起著次要作用,但它們與其他通道的結(jié)合可能產(chǎn)生更嚴(yán)重的IAB。仿真結(jié)果與臨床實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)吻合,并能有效解釋臨床起搏治療背后的機(jī)制,這提供了很好的相互印證,并為今后的臨床研究提供了指導(dǎo)。最后,仿真了左前分支阻滯與左心室前壁心肌傳導(dǎo)緩慢引起的心室興奮傳導(dǎo)延遲。結(jié)果表明,左心室前壁心肌傳導(dǎo)延遲可以產(chǎn)生類似左前分支阻滯的心電圖波形典型特征,并且QRS波幅度減小和持續(xù)時(shí)間延長可作為區(qū)分二者的指標(biāo)。鑒于兩者的病理機(jī)制以及治療方法不同,在診斷中對其進(jìn)行有效區(qū)分將對治療效果具有積極意義。仿真的結(jié)果達(dá)到了研究預(yù)期的目的,顯示我們的模型可以真實(shí)再現(xiàn)心臟的各種生理和病理電特性,并且能夠?qū)π呐K疾病的機(jī)制進(jìn)行輔助分析并給出指導(dǎo)建議。本論文的研究工作,對于今后進(jìn)一步研究心臟的病理機(jī)制及臨床診斷治療方法具有重要意義。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.9;R54
【部分圖文】：

逡逑２．２．２邐右心房逡逑右心房位于心臟的右上方，壁厚度約２毫米（圖２．２ａ所示）。其內(nèi)腔可分為前后兩部逡逑分，前部為固有心房，其前上部呈錐形突出的部分，稱為右心耳；后部為腔靜脈竇，由原逡逑始靜脈竇右角發(fā)育而成。兩者之間以心房表面的界溝為分界。在內(nèi)面與界溝所對應(yīng)的肌性逡逑隆起為界嵴，其起始于上腔靜脈口的內(nèi)前方，沿右心房外側(cè)壁延伸至下腔靜脈口。右心房逡逑前部內(nèi)面有許多大致平行排列的肌束，稱為梳狀�。郏保福�。逡逑２．２．３邐左心房逡逑左心房位于右心房的左后方，構(gòu)成了心底的大部分（圖２．２ｂ所示）。左心房可以分為逡逑前部的左心耳及后部的固有心房。左心耳向左前方突出，較右心耳狹長。其內(nèi)壁含有隆起逡逑的梳妝肌而呈海綿狀，但梳狀肌分布不R�。固有心窔せ面光滑，其后敝k笥伊講喔饔幸歡藻義戲尉猜隹�，开吭煢无静豚拜彫左房肌层可围绕肺静脉延仲１至２厘米，具有括约肌的作辶x嫌謾９逃行姆殼跋虜課蠓渴銥

本文編號(hào)：2826505