本文關(guān)鍵詞：心臟電除顫的建模仿真與除顫效能的量化評估研究

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【摘要】：心源性猝死(sudden cardiac death,SCD)是指由心臟原因引起的、在急性癥狀出現(xiàn)后一小時(shí)內(nèi)發(fā)生的非預(yù)期性自然死亡,其發(fā)作通常難以預(yù)期。其中,70%以上的SCD歸因于室性快速心律失常,如心室顫動(dòng)。心臟電除顫作為目前臨床上唯一可靠并被廣泛使用的室顫轉(zhuǎn)復(fù)方法,能夠及時(shí)有效地幫助患者恢復(fù)正常心律,避免SCD的發(fā)生。然而,由于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件和臨床技術(shù)限制,人們對于室顫及其電除顫轉(zhuǎn)復(fù)心律的內(nèi)在機(jī)制仍然很不清楚。為了減少因不恰當(dāng)除顫放電而導(dǎo)致的致命性事件發(fā)生,現(xiàn)有的除顫治療大都根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)采用固定的術(shù)式方法實(shí)施,例如植入型心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器(implantable cardioverter defibrillator,ICD)的電極植入模式或體外除顫的電極貼放位置。而針對小兒或者先天性心臟病人等一類特殊患者,至今還未有一種高效的個(gè)體化除顫治療方法。針對以上問題,本論文將以室顫的植入式ICD體內(nèi)電除顫以及體外除顫電極配置優(yōu)化為研究目標(biāo),結(jié)合醫(yī)學(xué)影像建模以及有限元仿真方法,對ICD的體內(nèi)電極植入方式以及體外除顫器的體表電極配置進(jìn)行數(shù)值化建模和仿真分析,并通過初步的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對仿真方法和仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。采用本文優(yōu)化選擇后的除顫電極配置模式及除顫放電方法,將有助于降低除顫所需的放電能量、降低除顫所造成的心肌損傷并改善除顫效果。本文的主要工作和貢獻(xiàn)包括:1、結(jié)合醫(yī)學(xué)影像分割軟件Seg3D、網(wǎng)格剖分工具BioMesh3D、集成化科學(xué)問題求解平臺(tái)SCIRun以及數(shù)學(xué)分析軟件Matlab,建立了一套基于醫(yī)學(xué)影像的除顫電極優(yōu)化分析網(wǎng)絡(luò),能夠模擬不同除顫電極在胸腔形成的除顫電場分布;2、提出了一種新的除顫效能量化評估方法,該方法在已有的四種除顫效能參數(shù)上,進(jìn)行加權(quán)的多參數(shù)除顫效能評估,可用于指導(dǎo)優(yōu)化電極配置;3、對臨床上常用的三種類型的ICD配置進(jìn)行仿真和除顫效能分析,優(yōu)化得出了最佳的經(jīng)靜脈ICD電極配置參數(shù)、心外膜ICD的電極植入位置以及皮下ICD的多電極配置;4、對臨床上常用的體外除顫模式,仿真分析了八種不同的體外除顫電極配置,應(yīng)用所建立的量化評估模型,獲得了除顫效果最佳的左胸側(cè)—右前胸配置(D3-U8)。5、開展了初步的體外除顫動(dòng)物實(shí)驗(yàn),將仿真求解的除顫電壓閾值參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較,結(jié)果的良好吻合驗(yàn)證了本套仿真方法的有效性和仿真結(jié)果的可信度。本文的研究工作為臨床電除顫技術(shù)的個(gè)體化應(yīng)用,特別是ICD的體內(nèi)植入及體外除顫電極配置提供了一套行之有效的術(shù)前規(guī)劃與效能評估方法,該方法可以根據(jù)患者個(gè)體的醫(yī)學(xué)影像來進(jìn)行ICD電極的植入優(yōu)化,并對除顫器的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供參考依據(jù),對于改善ICD以及體外除顫的治療效果,降低對患者造成的除顫損傷有著一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：心臟電除顫 有限元建模與仿真 除顫效能評估 植入型心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器 體外電除顫
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R541.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 本文研究工作的背景與意義12-13
• 1.2 心律失常及心臟電除顫基礎(chǔ)13-15
• 1.3 心臟電除顫技術(shù)的國內(nèi)外研究進(jìn)展與現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 除顫機(jī)制及效能評估研究16-17
• 1.3.2 除顫建模與仿真研究17
• 1.3.3 除顫優(yōu)化及ICD植入規(guī)劃研究17-19
• 1.3.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)19
• 1.4 本文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新19-20
• 1.5 本論文的結(jié)構(gòu)安排20-22
• 第二章 心臟電除顫的數(shù)理建模與仿真分析22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 心臟電除顫的數(shù)理模型22-25
• 2.2.1 胸腔的容積導(dǎo)體模型22-23
• 2.2.2 除顫電場的Laplace數(shù)理模型23-24
• 2.2.3 放電電壓的有效值轉(zhuǎn)換模型24-25
• 2.3 心臟電除顫的數(shù)值化建模25-31
• 2.3.1 基于醫(yī)學(xué)影像的解剖建模25-28
• 2.3.2 有限元建模28-31
• 2.3.2.1 四面體網(wǎng)格剖分28-29
• 2.3.2.2 六面體網(wǎng)格剖分29-30
• 2.3.2.3 高精細(xì)度剖分30-31
• 2.4 除顫電場的有限元求解31-36
• 2.4.1 有限元建模31-35
• 2.4.2 有限元計(jì)算平臺(tái)35-36
• 2.4.3 數(shù)據(jù)后處理36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第三章 基于多參數(shù)加權(quán)的除顫效能量化評估37-44
• 3.1 引言37
• 3.2 心臟電除顫的等效電路模型37-39
• 3.3 除顫電場的評估參數(shù)39-42
• 3.3.1 除顫電壓閾值39-41
• 3.3.2 心肌損傷度41
• 3.3.3 場分布均勻度41
• 3.3.4 除顫能量效率41-42
• 3.4 多參數(shù)加權(quán)評估模型42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第四章 體內(nèi)ICD植入的術(shù)前仿真規(guī)劃研究44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 體內(nèi)ICD除顫電極系統(tǒng)及建模44-45
• 4.3 經(jīng)靜脈T-ICD植入的除顫仿真評估45-49
• 4.3.1 單極T-ICD的仿真分析與驗(yàn)證45-47
• 4.3.2 雙極T-ICD的仿真分析與優(yōu)化47-49
• 4.4 心外膜E-ICD植入的除顫仿真評估49-51
• 4.5 全皮下S-ICD植入的除顫仿真評估51-52
• 4.6 多參數(shù)除顫效能分析52-54
• 4.7 本章小結(jié)54-55
• 第五章 體外電除顫的電極配置優(yōu)化研究55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 有限元模型參數(shù)55
• 5.3 體外除顫電極配置55-56
• 5.4 除顫電場分布的仿真求解56-59
• 5.4.1 胸腔內(nèi)的除顫電流場分布56-58
• 5.4.2 除顫電壓梯度場的心內(nèi)分布58-59
• 5.5 除顫效能的多參數(shù)評估59-62
• 5.6 本章小結(jié)62-63
• 第六章 體外除顫動(dòng)物實(shí)驗(yàn)63-70
• 6.1 引言63
• 6.2 實(shí)驗(yàn)方案及所用設(shè)備63-67
• 6.2.1 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方案63-64
• 6.2.2“三拐點(diǎn)”方法64-65
• 6.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹65-67
• 6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及討論67-69
• 6.4 本章小結(jié)69-70
• 第七章 全文總結(jié)與展望70-72
• 7.1 全文總結(jié)70-71
• 7.2 論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)與貢獻(xiàn)71
• 7.3 后續(xù)工作展望71-72
• 致謝72-73
• 參考文獻(xiàn)73-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果78-79

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本文編號(hào)：852794