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

【摘要】：虛擬心臟的建模仿真工作是一項(xiàng)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程,它集解剖學(xué)、電生理學(xué)、力學(xué)、生物化學(xué)、數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)等為一體,通過對心臟的形態(tài)、運(yùn)動(dòng)和功能等方面的仿真,再現(xiàn)心臟生理和病理?xiàng)l件下的生物電傳導(dǎo)、心肌力學(xué)和心血管負(fù)荷等特性。一個(gè)詳細(xì)的心臟模型,可以定量地、直觀地研究心臟的動(dòng)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)中很難做到。數(shù)學(xué)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(xué)參數(shù),而不必受到倫理學(xué)的限制。 本文基于杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心提供的犬雙心室解剖結(jié)構(gòu)的磁共振(MRI)掃描體數(shù)據(jù)和7.1特斯拉場強(qiáng)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(shù)據(jù)集,并結(jié)合心臟解剖結(jié)構(gòu)知識,首先成功地建立了具有精細(xì)解剖結(jié)構(gòu)的犬雙心室三維數(shù)學(xué)模型。然后基于細(xì)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(shí)現(xiàn),得到了心室的電興奮時(shí)序和心肌興奮收縮力。最后利用八節(jié)點(diǎn)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(xué)復(fù)合模型,并仿真了心室的運(yùn)動(dòng)和變形得到了定量的心室力學(xué)特性。在此基礎(chǔ)上,我們建立了心肌梗塞(MI)引起的心衰(HF)模型和束支傳導(dǎo)阻滯(BBB)引起的心衰模型,并針對左束支傳導(dǎo)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?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和貢獻(xiàn)有： (1)驗(yàn)證了采用MRI掃描的真實(shí)幾何形狀和DT-MRI掃描的真實(shí)纖維旋向數(shù)據(jù)構(gòu)建犬雙心室三維電力學(xué)復(fù)合模型的可行性。幾何形狀和纖維旋向?qū)τ谛呐K的力學(xué)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(shè)從心內(nèi)膜到心外膜是線性變化的,不利于對真實(shí)心肌力學(xué)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(yùn)動(dòng)、應(yīng)變和應(yīng)力分布情況的模擬分析,驗(yàn)證了前壁靠心尖部位發(fā)生心肌梗死要比后壁更易產(chǎn)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(jié)果相符。國際上有關(guān)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(nèi)和室間的力學(xué)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(nèi)的收縮不同步,而RBBB比LBBB有較好的力學(xué)同步性和左室收縮功能,心臟會(huì)朝向首先興奮的心室運(yùn)動(dòng),且BBB期間室間隔會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力。國內(nèi)外BBB心臟數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)模型,驗(yàn)證了一種自動(dòng)的、無損的用于術(shù)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(jià)標(biāo)準(zhǔn)是“周向一致性比例估計(jì)值”(CURE)。結(jié)果顯示在CRT優(yōu)化過程中,力學(xué)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(如CURE)優(yōu)于以往計(jì)算機(jī)模型中采用的電學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(如ERMS),它可以更好地反映心室收縮的同步性和血液動(dòng)力學(xué)特性。同時(shí)說明,特定的個(gè)體需要根據(jù)心臟的解剖結(jié)構(gòu)和病情,單獨(dú)地調(diào)整起搏電極位置和起搏延遲時(shí)間,與當(dāng)前的臨床研究相符。 總之,該電力學(xué)復(fù)合心臟模型驗(yàn)證了利用真實(shí)的解剖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和纖維旋向數(shù)據(jù)可以仿真心臟生理、病理情況下的力學(xué)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(jì)算機(jī)模型奠定了基礎(chǔ)�，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要目標(biāo)就是能夠無損地獲取個(gè)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(shù)學(xué)模型是實(shí)現(xiàn)該目的的一個(gè)重要手段。一方面,心臟建模可以增加我們對心臟疾病機(jī)制的理解；另一方面,模型往往是真實(shí)過程的簡化描述,因此結(jié)果需要大量的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。將虛擬心臟模型與各種實(shí)驗(yàn)、臨床檢測手段所獲得的信息進(jìn)行融合,實(shí)現(xiàn)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(jié)合。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：R311;R318.0

【參考文獻(xiàn)】

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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(shù)后房室延遲和室間延遲參數(shù)的優(yōu)化[J];中華心律失常學(xué)雜志;2005年06期

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1 黃冉;基于心肌細(xì)胞模型的心力衰竭仿真研究[D];浙江大學(xué);2005年

2 霍梅梅;心室電學(xué)—力學(xué)復(fù)合模型初步建模仿真研究[D];浙江大學(xué);2003年

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本文編號：1504009