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1、生物医学工程学杂志2003;20(1)∶86～90JBiomedEng全心脏电生理模型的仿真应用112朱浩尹炳生朱代谟1(第一军医大学病理生理教研室,广州510515)2(第一军医大学生物医学工程系,广州510515)摘要实现了用细胞自动机式并行计算构造全心脏的电生理模型,并介绍这种电生理模型的仿真设施与应用。仿真应用首先是求解心电图正问题,尤其是仿真各种心律失常心电图,准确说明各种不规则波形所蕴含的电生理意义。其次,是在通道层次对心电活动动力学性质特别是对心律失常形成与维持的机制进行研究。第三,是模拟对心电活动的各种调制与干预,研究起搏、
2、除颤、消融、通道阻滞剂对心电活动的作用。关键词心电图正问题电生理模型心律失常SimulationApplicationofWhole-heartElectrophysiologicalModel112ZhuHaoYinBingshengZhuDaimo1(DepartmentofPathophysiology,TheFirstMilitaryMedicalUniversity,Guangzhou510515)2(DepartmentofBiomedicalEngineering,TheFirstMilitaryMedicalUniversi
3、ty,Guangzhou510515)AbstractWeinventedanefficientlyapproachtobuildingwhole2heartelectrophysiologicalmodelwithcellularautomatastylemassiveparallelcomputing.Inthispaper,weintroducethesimulationfacilitiesofamodelwebuiltandthepotentialapplicationofsuchmodel.Thefirstuseistosolve
4、theforwardproblemofelectrocardiogram.SimulatingarrhythmiaECGandaccuratelyinterpretingthesignificanceofvariousirregularwaveformswillbethekeygoal.Investigatingthedynamicpropertyofcardioelectricalactivityatcellularandchannellevelsisthesecondapplication,aimingatrevealingthemec
5、hanismofthegenerationandsustentationofarrhythmia.Third,themodelcanbeusedtoresearchtheimpactsofartificialinterventionsoncardioelectricalactivity.Electricaldefibrillationandpace2makingaswellastheuseofchannelblockagentsareallcases.KeywordsForwardproblemofECGElectrophysiologic
6、almodelArrhythmia众所周知,只有三维全心脏模型才能把心电活1引言动仿真与心电图联系起来,突出模型的可应用性和迄今为止的心电模型大致可分为两类,一类侧仿真结果的可验证性。可应用性既取决于模型类型,重于容积导体的计算,一类侧重于可激媒质的计算,也取决于具体建模方法和具体模型所提供的仿真设[1,2]经典心电模型大多属于前者,电生理模型则属于施。经典模型的构造方法及其仿真设施已有广泛报[3～6]后者。经典模型是跨膜电位与心电图两层次模道,此处不再赘述。本文首先简要介绍我们用细胞自型,用有限元ö边界元方法对源区与场区进行精确划动机式并
7、行计算实现的一个心脏电生理模型所提供分,计算抽象场源的场点电势。由于抽象场源省略了的仿真设施,然后讨论这种三维的全心脏电生理模心肌细胞的许多电生理特性,且不涉及离子通道,经型可能的仿真应用。对于其它的电生理模型实现技典模型的应用几乎仅限于求解心电图正问题与逆问术及相应仿真设施,本文不涉及。题。与之不同,电生理模型是一个离子电流、跨膜电2电生理模型的仿真设施位、心电图三层次模型,定量描述离子电流与跨膜电位两个层次的电活动,简化了胸腔组织电介质分布电生理模型的核心问题是并行求解全部心肌细形态的划分和电学性质的计算。那么,这样一种迥然胞的动作电位
8、方程并计算两两相邻细胞间的跨缝隙不同的模型可有哪些仿真应用呢?本文根据我们的连接传导。尽管我们实现的细胞自动机式大规模并工作对这一问题试作讨论。行计算能够方便地描述上百万组常微分
