一种基于多尺度心脏Thimthy综合症发病机制的建模方法_3

文档序号:9751146阅读:来源:国知局
术,获取心脏不同组织 的几何信息,建立心脏切片几何模型。
[0064] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0065]
【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:所述步骤五 中根据所述Thimthy综合症心肌纤维电生理模型和心脏切片几何模型,将心肌组织中相互 耦合的心肌细胞等效为一个电路网络,形成心肌组织等效电网,建立Thimthy综合症心肌组 织电生理模型,进行折返波数值仿真,获得不同时刻转子的运动轨迹,探讨不同时刻转子的 运动轨迹对Thimthy综合症折返波稳定的影响,获取折返波主频率;具体过程为:
[0066]根据已建立的Thimthy综合症心肌纤维电生理模型和心脏切片几何模型,考虑心 脏切片不同组织细胞电生理的异质性,利用心肌组织等效电网方法,建立Thimthy综合症心 肌组织电生理模型,利用标准S1S2刺激程序,使得S2刺激时间在单向传导时间窗的范 围内,通过前向欧拉法求解反应扩散方程狀/扣=(1 3&+1_)/(^+^*0^,获得折返波,记 录每个时间点心肌组织波峰的位置,计算相邻TH两个波峰的传导速度,记录传导最慢点的 位置,以此获得不同时刻转子的运动轨迹,计算转子的半径r和周期性,以此衡量折返波的 稳定性,探讨不同时刻转子的运动轨迹对Thimthy综合症折返波稳定的影响,通过傅里叶变 换,获取折返波的主频率。
[0067] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一至六之一相同。
【具体实施方式】 [0068] 八:本实施方式与一至七之一不同的是:所述步骤七 中根据所述Thimthy综合症心肌组织电生理模型和心脏几何模型,建立Thimthy综合症心脏 电生理模型,通过前向欧拉法求解反应扩散方程,获得电传导波的轨迹,探讨心脏对 Thimthy综合症产生折返波的影响,并对传导波生命周期进行分析;具体过程为:
[0069] 根据已建立Thimthy综合症心肌组织电生理模型和心脏几何模型,建立Thimthy综 合症心脏电生理模型,通过前向欧拉法求解反应扩散方程(^/扣=(1^^+1_)/(^+^*0^ V,进行电传导波数值仿真,得出不同时刻Thimthy综合症电传导波的等电位线,获得电传导 波的轨迹,探讨心脏外壁对Thimthy综合症产生折返波的影响,并对电传导波生命周期进行 分析。
[0070]其它步骤及参数与【具体实施方式】一至七之一相同。
[0071 ]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是:所述步骤八 中通过医学影像设备获取的人体解剖几何信息,并建立人体的心脏-躯干几何模型;具体过 程为:
[0072] 通过医学影像设备MRI获取人体解剖几何信息,利用图像分割和三维重建技术,建 立人体的心脏-躯干几何模型;
[0073] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一至八之一相同。
【具体实施方式】 [0074] 十:本实施方式与一至九之一不同的是:所述步骤九 中依据所述Thimthy综合症心脏电生理模型和心脏-躯干几何模型,利用心脏表面源映射方 法,得到体表心电图,并与Thimthy综合症临床心电图对比分析;具体过程为:
[0075] 依据已建立Thimthy综合症心脏电生理模型和心脏-躯干几何模型,利用心脏表面 源映射方法,通过积分电位梯度的方法,得到体表电位,获得体表心电图,并与Thimthy综合 症临床心电图对比分析;
[0076]所述心电图为QT间期的数据。
[0077]其它步骤及参数与【具体实施方式】一至九之一相同。
[0078]采用以下实施例验证本发明的有益效果:
[0079] 实施例一:
[0080]采用本发明的一种基于多尺度心脏Thimthy综合症发病机制的建模方法,具体是 按照以下步骤制备的:
[0081 ] 正常与突变离子通道模型如下:
[0088] 量化参数对比如下:
[0089]
[0090]
[0091]本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,本领域 技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于 本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于多尺度心脏Thimthy综合症发病机制的建模方法,其特征在于一种基于多 尺度心脏Thimthy综合症发病机制的建模方法具体是按照以下步骤进行的: 步骤一、通过膜片钳设备获取的Thimthy综合症离子通道电生理数据和实验环境信息, 利用欧姆定律,建立Thimthy综合症离子通道模型,通过前向欧拉法求解微分方程,获取不 同膜电压离子通道的最大电流,探讨Thimthy综合症基因 CACNA1C突变对离子通道电流幅值 和面积变化的影响,并对离子通道功能分析; 步骤二、根据Thimthy综合症离子通道模型,将心肌细胞膜等效为一个电路,建立 Thimthy综合症心肌细胞电生理模型,进行细胞动作电位数值仿真,得出Thimthy综合症离 子电流,探讨ICaL对细胞膜电位的影响,得到细胞动作电位; 步骤三、根据Thimthy综合症心肌细胞电生理模型,利用间隙连接电耦合方法,建立 Thimthy综合症心肌纤维电生理模型,进行电传导波数值仿真,得出Thimthy综合症传导速 度和单向传导时间窗,探讨传导速度和单向传导时间窗对Thimthy综合症折返波产生的影 响,并对跨膜心肌纤维动作电位时程离散度分析; 步骤四、通过医学影像设备获取的心脏切片几何信息,利用图像分割技术,建立心脏切 片几何模型; 步骤五、根据所述Thimthy综合症心肌纤维电生理模型和心脏切片几何模型,将心肌组 织中相互耦合的心肌细胞等效为一个电路网络,形成心肌组织等效电网,建立Thimthy综合 症心肌组织电生理模型,进行折返波数值仿真,获得不同时刻转子的运动轨迹,探讨不同时 刻转子的运动轨迹对Thimthy综合症折返波稳定的影响,获取折返波主频率; 步骤六、根据所述心脏切片几何模型,利用三维重构方法,建立心脏几何模型; 步骤七、根据所述Thimthy综合症心肌组织电生理模型和心脏几何模型,建立Thimthy 综合症心脏电生理模型,通过前向欧拉法求解反应扩散方程,获得电传导波的轨迹,探讨心 脏对Thimthy综合症产生折返波的影响,并对传导波生命周期进行分析; 步骤八、通过医学影像设备获取的人体解剖几何信息,并建立人体的心脏-躯干几何模 型; 步骤九、依据所述Thimthy综合症心脏电生理模型和心脏-躯干几何模型,利用心脏表 面源映射方法,得到体表心电图,并与Thimthy综合症临床心电图对比分析。2. 根据权利要求1所述一种基于多尺度心脏Thimthy综合症发病机制的建模方法,其特 征在于:所述步骤一中通过膜片钳设备获取的Thimthy综合症离子通道电生理数据和实验 环境信息,利用欧姆定律,建立Thimthy综合症离子通道模型,通过前向欧拉法求解微分方 程,获取不同膜电压离子通道的最大电流,探讨Thimthy综合症基因 CACNA1C突变对离子通 道电流幅值和面积变化的影响,并对离子通道功能分析;具体过程为: 通过膜片钳设备获取Thimthy综合症病人的细胞Cavl. 2通道电生理数据以及实验环境 信息,其中,电生理数据包括激活曲线ΠΜΕ)、失活曲线n?=(E)、时间常数TaUm(E)和Taun(E)、I-V(E) 曲线、离子通道的平衡电位Vral(E);实验环境信息为实验温度; 利用电生理数据和实验环境信息进行曲线拟合,建立离子通道激活门开放概率m和离 子通道失活门开放概率η的数学模型,计算最大电导GCaL,获得离子通道的电阻为R=l/ (GCaun〇〇n〇〇);依据离子通道的平衡电位Vre3l和细胞膜电位V,计算离子通道两侧的电压为U = (V-Vrei);依据欧姆定律,通过离子通道的电流IcaL = U/R;从而得到Thimthy综合症离子通道 模型 ICaL = GcaLmn(V-Vrel); 式中:IcaL为Thimthy综合症离子通道电流,GcaL为最大电导,离子通道激活门开放概率m 的数学模型为dm/dt= (mm-m)/Taum,离子通道失活门开放概率η的数学模型为dn/dt= (η?=-n)/Taun,V为细胞膜电位,Vrel为离子通道的平衡电位; 通过前向欧拉法求解离子通道失活门开放概率η和离子通道激活门开放概率m的微分 方程,得出Thimthy综合症离子通道激活曲线m〇〇和失活曲线noo,获取不同细胞膜电位V下离 子通道的最大电流ICaL,得到仿真的I-V曲线,与正常情况下离子通道模型的分子动力学进 行比较,获取基因 CACNA1C突变引起离子通道激活曲线m〇〇和失活曲线noo平移的方向和旋转 的角度,计算离子通道激活曲线m〇〇和失活曲线noo围成区域的面积的改变,分析基因 CACNA1C 突变引起激活曲线m〇〇和失活曲线noo改变对于I-V曲线的影响; 计算一个刺激周期CL中,细胞膜电位V随时间变化的离子通道电流ICaL,获取整个刺激 周期CL过程中离子通道的电流Iw最大值的绝对值为电流幅值,计算整个刺激周期CL电流 1^的积分得到电流ICaL的面积,与正常情况下离子通道电流1^^进行比较,分析基因 CACNA1C突变对于离子通道电流ICaL的电流幅值和面积的影响,即与正常情况比较,分析基 因 CACNA1C突变引起激活曲线m〇〇和失活曲线noo改变对于仿真的I-V曲线的改变,分析基因 CACNA1C突变引起激活曲线m〇〇和失活曲线n〇〇改变对于ICaL的电流幅值和面积的改变,确定基 因 CACNA1C突变导致离子通道电流的增加与减少,从而确定基因 CACNA1C突变导致的离子通 道功能的改变。3.根据权利要求2所述一种基于多尺度心脏Thimthy综合症发病机制的建模方法,其特 征在于:所述步骤一中建立Thimthy综合症离子通道模型;具体过程为: 步骤一一、依据温度系数得到膜片钳设备获取的Thimthy综合症病 人的细胞Cavl.2通道实验温度T1到生理温度T2的数据,其中R1和R2为反应速率,T2 = 37摄 氏度; 步骤一二、对Cavl. 2通道激活mm(E)曲线和失活nm(E)曲线进行归一化处理后,利用mm(E) = l/(l+e(Va-v)/Sa)
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