二维心室建模和Brugada综合症仿真

本文以Tusscher提出的人体心室单细胞计算模型为基础,用计算机建模仿真的方法,构建一个心室壁组织的二维网格模型。通过修改细胞的离子通道参数,仿真了正常生理条件下和Brugada症状下三类心室细胞的动作电位和心电图波形。结果显示:Brugada症状下的心电图波形有明显的J波出现,ST-段抬高甚至T波倒置。这与临床医学上的报道基本符合,本研究为用计算机仿真建模研究Brugada综合症打下了基础。     

面向短QT综合征的药物作用建模与仿真研究

短QT综合征(short QT syndrome,SQTS)是以心电图QT间期、心室和心房不应期明显缩短为主要显性特征,并伴有晕厥、高发心源性猝死(sudden cardiac death,SCD)和恶性心律失常风险的一类遗传性心肌离子通道病.据目前资料信息,关于SQTS致病机理的报道比较多,而对SQTS药物治疗的报道罕见.为了揭示在SQTS下的药物作用,本文通过计算机仿真构建人体心室细胞和组织的药物作用模型,利用该模型,从亚细胞、细胞、组织三个尺度,模拟SQT1、SQT2和SQT3下的普罗帕酮药物作用过程,并仿真心电图的变化情况.仿真结果表明:在SQT1下普罗帕酮延长了动作电位时程(action potential duration,APD)和心电图QT间期,并降低T波幅值;相反,在SQT2和SQT3下普罗帕酮缩短了APD和QT间期.计算使用药物前后细胞间膜电压和APD空间离散度的变化,定量分析了普罗帕酮降低T波振幅的原因.总之,对SQT1,普罗帕酮有效;对SQT2和SQT3,普罗帕酮没有改变其致心律失常的危险.仿真结果为普罗帕酮用于临床治疗SQTS提供理论参考.     

全心缺血早期阶段室性心律失常仿真研究

为了分析全心缺血早期阶段对心脏电生理活动的影响,以及探讨诱发的室性心律失常机制,本研究考虑了缺血情况下高钾、酸液过多、局部缺氧的情况,结合详细的人类心室细胞生物物理上的动力学特征,开发了一个人体心室细胞和组织全心缺血模型.实验结果表明,全心缺血缩短了动作电位时程(action potential duration,APD),且减缓了兴奋的传导速率(conduction velocity,CV).同时,由于全心缺血降低了动作电位时程曲线(action potential duration restitution,APDR)斜率,且增大了有效不应期(effective refractory period,ERP),因此有利于维持折返波的稳定传导,使得室速不易转化为室颤.另一方面,尽管全心缺血导致了组织易感性的增加,但是由于其需要更长的异位刺激长度来保证折返波的形成,因此也在一定程度上降低了心律失常的发生概率.     

基于虚拟心脏的早期后除极导致室颤的仿真研究

为了分析早期后除极(early afterdepolarizations,EADs)诱发室颤的机理,本研究基于精细的浦肯野纤维网络与心室解剖数据,构建了一个三维心室电传导模型.基于该模型,模拟了产生早期后除极的电生理变化,探讨了三种心室细胞的早期后除极的易感性,分析了早期后除极易感细胞对折返波的影响,最后定量比较早期后除极诱发室颤的伪心电图的改变情况.实验结果表明:中间层细胞早期后除极易感性最强,中间层细胞早期后除极的产生能够导致折返波破裂,并且在心电图中表现为紊乱的不规则的颤动心律,这与之前在动物实验观察得到的现象一致,因此中间层细胞可能是一个诱发室颤的重要靶点.     

基于Gabor小波和特征加权的红刺舌象分类

红刺为舌尖、边、根等处突出之刺状物。根据红刺类型,并结合其他颜色、纹理或形状特征,中医能够快速准确的识别出多种疾病,如阑尾炎,支气管炎等。Gabor小波是纹理分析领域一种应用较多也较为成功的方法,本文以这种方法提取特征,在此基础上使用特征加权的聚类方法对红刺舌象进行识别分类,取得了较好的结果。     

心肌细胞电生理建模进展

心脏兴奋收缩的微观基础是心肌细胞的电生理活动,心肌细胞的电生理模型在解剖实验基础上提供了更为全面有力的数据.是研究心肌细胞最有效的方法之一.近年来单细胞意义上的电生理模型越来越精细,使得心肌细胞的工作原理以不同角度在微观领域得以进一步阐述.本文就不同时期有代表性的模型进行了研究和比较,总结了这一领域的发展,并对发展趋势作了进一步的展望.     

基于心脏电生理模型的心律失常机制研究进展

揭示发病机制是心律失常诊断、治疗、药物研发和设备设计的关键.整合当前在心脏分子生物学、生物化学、生理学及解剖学方面的最新成果,构建从离子通道、心肌细胞、心肌纤维、心肌组织、心脏器官到躯体各个层次的多尺度多模态心脏电生理模型,用于系统研究微观局部变化发生、发展、转化为宏观心律失常表现的过程,将彻底改变传统从基因突变、蛋白质表达、细胞电生理、临床表现单独研究心律失常的方式,实现微观与宏观研究的统一,使心脏电生理模型成为系统研究心律失常发病机制的有力手段.本文综述了心脏电生理模型的构建方法和研究进展,讨论了多尺度心脏电生理模型在揭示心律失常机制研究中的作用和地位,给出了基于心脏电生理模型心律失常研究的挑战和重要发展方向.     

酸中毒后室性心律失常仿真研究

本文旨在分析酸中毒对心脏电生理活动的影响,探讨其诱发室性心律失常的机制.首先建立了具有pH和钙/钙调素依赖蛋白激酶Ⅱ(calcium/calmodulin dependent protein kinaseⅡ,Ca MKⅡ)调控作用的人体心室酸中毒计算模型,然后模拟了酸中毒过程中细胞和组织电活动的变化,并定量分析了心电图的改变情况.实验结果表明:在酸中毒期间,细胞动作电位时程的缩短和复极离散度的降低导致心电图QT间期缩短、T波幅值和宽度减小.同时,细胞静息电位的抬高和最大去极化速率的降低也促进了组织电兴奋的缓慢传导和传导阻滞.另外,酸中毒后的初期,肌浆网钙超载促进钙释放增多,导致细胞产生延迟后除极(delayed afterdepolarization,DADs),使心电图上表现为室性早搏.而缓慢传导、传导阻滞和室性早搏有利于折返波的产生,进而发展为室速.因此,酸中毒后细胞的触发活动是诱发室性心律失常的主要原因之一.     

心室细胞生成的生物起搏器的仿真研究

植入电子起搏器可以治疗因窦房结功能失常引起的猝死等心脏疾病.但是,电子起搏器存在很多弊端,比如电池寿命有限、容易感染等.因此,生物起搏器被期待能够取代电子起搏器.为了探讨在心室内诱导心室细胞生成生物起搏器的可行性,我们首先抑制内向整流钾电流(I_(K1)),使心室肌细胞产生起搏行为,然后基于理想心室组织和真实人体心室切片数据,构建2D生物起搏器模型.基于该模型,我们研究细胞间的电偶联和起搏电流I_f对起搏器功能的影响.发现起搏电流I_f对起搏器功能有增强作用,但细胞间的弱电偶联对起搏器的起搏有更为关键的影响.     

虚拟生理心脏模型及房颤机制研究进展

房颤是临床上最常见的持续性心律失常.揭示房颤的发病机制和病理生理过程是其诊断、预防、治疗、药物研发及临床设备设计的关键,而实验和临床只能呈现细胞或亚细胞的局部特性及房颤病症的宏观结果.随着生物信息技术、统计分析技术等的发展,运用多物理尺度的虚拟生理心脏模型,来实现宏观结果与微观机制相统一的研究方法备受关注.本文综述了离子通道、心肌细胞、心脏组织及器官等多尺度的虚拟生理心脏模型研究进展,探讨了近年来基于虚拟生理心脏模型的房颤机制研究以及房颤的治疗手段,提示了房颤研究的挑战和未来的发展方向.