【摘要】：心臟中的信息傳遞以電信號的形式存在。正常的心臟電信號呈現行波狀態(tài),電信號出現螺旋波態(tài)是心律失常的可能原因,而一旦螺旋波態(tài)破碎進入時空混沌態(tài),則可引發(fā)心顫,導致猝死,因此心臟電信號的研究一直是心臟病學的熱點。實驗方法是研究心臟電信號的主要手段,它直觀而可靠,但容易損傷實驗對象、難以重復、成本較高,且難以排除其他因素而探討特定因素的影響。數值模擬方法可以有效地彌補實驗方法的不足,因此成為了研究心臟電信號的重要輔助手段。元胞自動機是一種高效簡單的數值模擬方法,其中Greenberg-Hastings元胞自動機模型是最簡單的可激發(fā)介質元胞自動機模型,諸多研究已證明其能很好地反映可激發(fā)介質如心臟的動力學行為。本文采用元胞自動機模型對心肌組織切片的電信號進行數值模擬研究,包括探討切片的機械形變、細胞記憶效應兩種因素對螺旋波演化行為的影響;研究心電圖的產生與持續(xù)機制。本文的工作內容及結果具體如下:一、在Greenberg-Hastings元胞自動機模型基礎上考慮心肌組織的機械形變,研究了心肌切片的機械形變對螺旋波動力學行為的影響,數值模擬研究結果表明:對于規(guī)則網格下的穩(wěn)定螺旋波,在生理性機械形變作用下,螺旋波發(fā)生漫游但不破碎:在病理性機械形變作用下,螺旋波會發(fā)生持續(xù)漫游、漫游后消失和破碎進入時空混沌三種變化。通過對比機械形變的振幅變化率和角頻率變化對螺旋波動力學行為的影響,發(fā)現機械形變的振幅變化率對螺旋波的影響較大,而機械形變的角頻率對螺旋波的影響較小。結合數值模擬結果,文中對運動員在心臟受到撞擊后能較一般人員更快地恢復正常心律以及心臟受到猛烈撞擊后會出現心顫致死的原因進行了解釋。二、建立了能體現心肌細胞傳導記憶的元胞自動機模型,該模型能夠反映心肌細胞上一個狀態(tài)周期對電信號傳導速度的影響。利用所建立的模型,不僅能模擬心肌組織中穩(wěn)定螺旋波的產生與維持,還再現了螺旋波的多普勒失穩(wěn)、愛克豪斯失穩(wěn)以及這兩種失穩(wěn)同時產生的現象,這些失穩(wěn)現象是傳統(tǒng)Greenberg-Hastings元胞自動機所無法產生的。本工作的結果為進一步利用元胞自動機探討心肌細胞傳導記憶性對螺旋波動力學規(guī)律的影響提供了模型依據。三、建立了包含心房肌、心室肌、房室腔、室間隔并考慮心室肌分層結構的心電圖元胞自動機模型,并利用所建立的模型仿真了電信號在心臟中的傳導,計算了正常和缺血情況下的場點電勢走勢。數值結果表明:正常情況下,模擬所得的場點電勢呈現與標準心電圖一致的P波、QRS波群、T波和J波;在心內膜下肌細胞缺血情況下,出現T波倒置的現象;在心外膜下肌細胞缺血情況下,T波變得高聳;在透壁缺血情況下,T波提前形成。文中將正常和異常情況下的場點電勢走勢與臨床結果進行了對比,并分析了其形成與持續(xù)機制。本工作可為準確闡明心電圖與心肌細胞電活動之間的關系、探討心電圖的產生與持續(xù)機制提供參考。
[Abstract]:The transmission of information in the heart exists in the form of electrical signals. A normal cardiac electrical signal presents a traveling wave state, and the spiral state of the electrical signal is a possible cause of arrhythmia. Once the spiral wave state breaks into the spatiotemporal chaos, it can cause cardiac tremor and cause sudden death. Therefore, the research of the signal of the heart is a hot spot in cardiology. The test method is the main means to study the cardiac signal. It is intuitive and reliable, but it is easy to damage the experimental object, it is difficult to repeat, the cost is high, and the other factors are difficult to exclude the influence of specific factors. The numerical simulation method can effectively make up the shortage of experimental methods, so it has become an important auxiliary means to study the cardiac electrical signal. Cellular automata is a highly efficient and simple numerical simulation method, in which the Greenberg-Hastings cellular automaton model is the simplest model of the excitation medium cellular automata. Many studies have proved that the cellular automaton can reflect the dynamic behavior of the excitable medium, such as the heart. Numerical simulation of electrical signals, including the study of the mechanical deformation of slice, the effect of two factors on the cell memory effect on the evolution of spiral wave, the production and persistence of electrocardiogram. The contents and results of this paper are as follows: firstly, the mechanical mechanism of myocardial tissue is considered on the basis of the Greenberg-Hastings cellular automata model. The effect of the mechanical deformation of the myocardial slices on the dynamic behavior of the spiral wave is studied. The numerical simulation results show that the spiral waves roam but do not break under the physiological mechanical deformation under the physiological mechanical deformation. The spiral waves will continue to roam and disappear after the pathological mechanical deformation. The effect of the amplitude change rate and the change of angular frequency on the dynamic behavior of the spiral wave is compared with the change of the amplitude of the mechanical deformation. It is found that the amplitude change rate of the mechanical deformation has a great influence on the spiral wave, and the angular frequency of the mechanical deformation has little influence on the spiral wave. In combination with the numerical simulation results, the athletes are used in the paper. Two, a cellular automaton model, which can reflect the conduction memory of the cardiac myocytes, can reflect the conduction velocity of the myocardial cell cycle on the electrical signal. This model can not only simulate the production and maintenance of the stable spiral waves in the myocardial tissue, but also reappear the Doppler instability of the spiral wave, the instability of the IKE Moorhouse and the simultaneous occurrence of these two kinds of instability. These instability phenomena are not produced by the traditional Greenberg-Hastings cellular automata. The results of this work In order to further use cellular automata to explore the influence of cardiac muscle cell conduction memory on the dynamics of spiral wave dynamics, three, an electrocardiogram cellular automaton model including atrial, ventricular, atrioventricular space, ventricular septum and stratified structure of ventricular muscle was established, and the electrical signal was simulated by the model. The field potential trend in normal and ischemic conditions is calculated. The numerical results show that, under normal circumstances, the simulated field potential shows the P wave, QRS wave group, T wave and J wave in accordance with the standard electrocardiogram; the phenomenon of T wave inversion occurs under the ischemia of the endocardial myocytes; under the condition of the ischemia of the epicardial myocytes, The T wave becomes high; in the case of transmural ischemia, the T wave is formed in advance. The trend of the field potential in the normal and abnormal conditions is compared with the clinical results, and the formation and persistence mechanism is analyzed. This work can clarify the relationship between the electrocardiogram and the electrical activity of the cardiac myocytes, and discuss the production and continuous mechanism of the electrocardiogram. For reference.
【學位授予單位】：廣西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R318.0;TP301.1

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本文編號：2136452