心肌缺血下人体心室电生理建模和心电图仿真

为了分析心肌缺血下心肌细胞电生理变化以及对心室传导波的影响,本文考虑了缺血情况下高钾、酸液过多、局部缺氧的实际情况,开发了一个人体心室缺血模型。基于该模型,文中模拟了不同缺血程度下心内膜细胞、M细胞和心外膜细胞的动作电位(AP),并探讨了心肌缺血的三个单一因素分别对细胞AP的影响,最后定量分析了二维人体左心室组织心肌缺血下心电图(ECG)的改变情况。实验结果表明,在缺血情况下,心肌细胞动作电位时程(APD)均有不同程度的缩短。大多数情况下,缺血区域越大,或者缺血情况越严重,ECG的ST-T波变化幅度也越大。在上述三个心肌缺血因素中,高钾对ST-T波变化起到关键的作用,这与之前在动物模型上得到的实验结论保持一致。

人体左心室复合材料有限元机械模型的建立

人体心脏通过电兴奋引起的心肌收缩实现泵血功能 ,而心肌的力学特性高度依赖于肌纤维旋向。根据肌纤维结构和复合材料理论建立了人体左心室的三维有限元机械模型 ,并讨论了心电兴奋力及后负荷的计算问题 ,最后仿真研究了在正常心脏兴奋传播过程中左心室在载荷作用下的力学响应 ,并与磁标记的MR成像结果及其他有关模型进行了比较。研究结果表明该模型可用于探讨心脏的机械功能和生理病理机制 。

等参变换在人体左心室三维有限元机械模型中的应用

基于人体左心室的纤维结构和可以真实反映心电兴奋传播过程的心脏电模型 ,建立了采用复合材料分析方法的左心室三维等参有限元机械模型。本文主要介绍了等参变换思想、方法在建模分析中的特色应用 ,如基于纤维结构的等参有限单元离散、考虑非均匀性的材料参数等参变换、层和数值积分和考虑复杂边界条件及负载特性的逆变换等均是运用等参变换的思路来处理复杂的生理结构问题。

心电激励下的人体左心室力学响应分析

人体心脏通过电兴奋引起的心肌收缩实现泵血功能 ,而心肌的力学特性高度依赖于肌纤维结构。本文根据肌纤维旋向和复合材料理论以及电生理心脏模型建立了左心室的有限元机械模型 ,仿真研究了左心室在心电兴奋力作用下的力学响应。结果表明左心室的收缩过程是十分复杂的 ,包括轴向和径向的收缩及绕长轴的不同程度的旋转扭曲。从总体趋势上看 ,心尖处变形最为严重。此外 ,仿真结果还表明 ,心壁应力分布不均匀 ,从内壁到外壁有所减少 ;在心尖和心底部应力较大 ,其中内壁心尖处应力最大。这些结果说明了心脏的力学特性与心肌纤维结构、左心室的几何形状以及电兴奋刺激密切相关。作者将本文的仿真结果与医学图像及其它模型进行了对比分析 。

高原人体左心室收缩间期的观察

高原环境是否引起人体左心功能的改变及如何进行生理评价,认识尚不一致,但对这一问题的阐明,有助于对高原心血管适应机理的认识。为此,我们于1984-1986年对不同海拔高度的健康人群应用心机图测定久居和世居高原者的左心室收缩问期(STI),并与甲原组对照,以探讨其变化规律及产生机理。

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.

基于心脏模型的心肌梗死病变仿真研究

根据心肌纤维结构和复合材料理论建立了人体左心室的三维有限元力学模型,进行了心肌梗死的病变仿真研究。结果表明兴奋延迟使得左心室功能异常,心壁运动不协调,病变区应力集中。仿真结果与加标记的核磁共振成像结果及其他模型进行了对比分析,结果表明该模型可用于探讨心脏的病理机制。该研究将心脏电生理模型和力学模型进行了有机结合,为建立具有电生理和力学特性的虚拟心脏打下了良好基础。

人体左心室三维有限元模型构建及流-固耦合动力学分析

有限元分析是研究心血管动力学问题的重要手段。本文基于中国数字人体心脏断层解剖图像,采用Visu-al C++可视化工具包对心脏外形及内腔结构进行三维重建,进一步基于结构模型构建了左心室、血液耦合有限元模型。在通用有限元分析软件ANSYS环境下使用双向流-固耦合方法对心脏灌注期心室壁受力与血液流动过程进行了动力学仿真。仿真结果成功实现了对心脏灌注期心室两阶段充盈过程中室壁应力与血液流体动态特性的定量分析。本研究提供了一种基于二维医学图像信息构建心室有限元模型,并进行心室血液流体力学模拟的新方法,为心脏生理及病理过程的定量有限元分析提供了一套可行的技术方案。