对激活曲线进行拟合，利用11〇〇 (￡) = 1/(1+，^^51，对失活曲线进行拟 合； 式中:ΠΜΕ)为实验获得Cavl. 2通道激活曲线，n〇〇(E)为实验获得Cavl. 2通道失活曲线，Va 为 πμε) = 0.5的值，Sa 为 πμε) = 0.5处曲线的斜率;Vina 为 η〇ΚΕ) = 0.5的值，Sina 为 η〇ΚΕ) = 0.5 处曲线的斜率； 步骤一三、利用 Tau = A/(l+e(VA-v)/SA)+B/(l+e(v-VB)/SB)+Ce( v-VG)/s^Cavl.2 通道激活时 间常数TaUmCE)和失活时间常数TaUnCE)进行拟合，TaUmCE)为实验获得激活时间常数，TaUnCE)为 实验获得失活时间常数； 式中：A为曲线拟合系数，B为曲线拟合系数，C为曲线拟合系数，VA为曲线拟合系数，VB 为曲线拟合系数，VC为曲线拟合系数，SA为曲线拟合系数，SB为曲线拟合系数，SC为曲线拟 合系数； 步骤一四、从而获得离子通道失活门开放概率n = n〇〇-(n〇〇-n)e(-TH/Taun)和离子通道激活 门开放概率πι=πι〇〇(Ε)-(πι〇〇(Ε)-πι)#ΤΗΛ3? (Ε))随时间和细胞膜电位变化的计算公式，其中m初 始值为1，η初始值为0，T Η为时间步长，在这里TH=0.02ms; 依据实验中的Vrel(E)和能斯特方程推算获得的平衡电位Vrel,获得Thimthy综合症离子 通道模型的计算方式lGaL = mn(V-Vrei)，将Thimthy综合症离子通道模型整合入人体细胞模 型中，仿真膜片钳实验获得I-V?曲线的刺激协议，获得仿真的I-V曲线，与膜片钳实验获得 的I-V(E)曲线比较，确定GcaL的值，从而获得Thimthy综合症离子通道模型IcaL = G(；auiin(V- Vrel) 〇4. 根据权利要求3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:所述步骤二中根据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Ια对细胞膜电位的影响，得到细胞动作电位;具体过程为： 根据已建立的Thimthy综合症离子通道模型，结合人体细胞中的其它离子通道和离子 栗模型，其它离子通道为iNa, iNaL, It。, ΙΚι·，iKs和Ικ?，离子栗模型为iNaK和?Να，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，通过对Thimthy综合症心肌细 胞电生理模型施加强度为I Is_gth和时间为Vriod的刺激Istim，模拟窦性心律对于心肌细胞 的刺激，通过前向欧拉法求解细胞动作电位微分方程，进行细胞膜电位V数值仿真，得出 Thimthy综合症总离子电流Iicin，获取不同时刻的细胞膜电位， 刺激为 Istim - I Istrength X Tperiod，总 1? 子电流为 I ion=ICaL+lNa+lNaL+I to+Il(r+lKs+lKl + lNaK+ Incx，细胞动作电位微分方程为dV/dt = (I stim+1 iQn) /Cm， 式中，Cm为细胞膜电容，t为时间，Ilstrength为-80mV，Tperi〇d为0.5ms，iNa为快钠电流，IfeL 为晚钠电流，It。为瞬时外向钾电流，iKr为快速延迟整流钾电流，IKs为慢激活延迟整流钾电 流，Ιια为内向整流钾电流，I NaK为钠钾交换电流，Incx为钠钙交换电流； 前向欧拉法计算细胞膜电位公式为Vn+1 = Vn+TH(dVn/dt)，将细胞膜的静息电位V〇 = Vm = -87.5mV作为初始值，Vo为膜电位的初始值，Vm为细胞膜的静息电位，利用tn时刻细胞膜电 位乂"来计算t n+1时刻的细胞膜电位Vn+1，通过迭代计算，获得不同时刻的细胞膜电位V，探讨 ICaL(L型钙电流)对细胞膜电位的形态和时程的影响，得到细胞动作电位。5. 根据权利要求4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：所述步骤三中根据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;具体过程为： 根据Thimthy综合症心肌细胞电生理模型，结合不同心肌细胞的电异质性和纤维走向， 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，通过前向欧拉法求解 Thimthy综合症心肌纤维电生理模型的反应扩散方程dV/dt = ( Istim+IiorO/Cm+V · DVV; 式中：▽· DVV为电压梯度的散度，D为间隙连接电耦合的强度，▽为梯度算子； 进行电传导波数值仿真，计算电传导波波峰从心肌纤维A传导到心肌纤维B的时间差Δ t，获得Thimthy综合症传导速度CV = Sa-b/ A t; 式中：Sa-b为心肌纤维A到心肌纤维B的距离，CV为传导速度； 分析Thimthy综合症传导速度对于电传导波波长和安全传导的影响，过程为:使用标准 S1S2刺激程序，测试产生单向传导时间窗，分析引起Thimthy综合症心律失常产生的 时机;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;计算整个心肌 纤维中各个细胞的复极时间，获得最早复极的时间点Turly和最晚复极的时间点Ti ate，使用 两者的时间差Tlate^arly = Tlatdrly来表示跨膜心肌纤维动作电位时程离散度，以此来分 析Thimthy综合症对于纤维异质性的影响。6. 根据权利要求5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:所述步骤四中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;具体过程为： 通过医学影像设备CT获取心脏切片图像，利用图像分割技术，获取心脏不同组织的几 何信息，建立心脏切片几何模型。7. 根据权利要求6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： 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SIS2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/(^=(1 !^111+]^。11)/〇11+^*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。8. 根据权利要求7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： 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狀/扣=(1^^+1_)/(^+^*0^，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。9. 根据权利要求8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： 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。10. 根据权利要求9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： 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； 所述心电图为QT间期的数据。
【专利摘要】一种基于多尺度心脏Thimthy综合症发病机制的建模方法，本发明涉及Thimthy综合症发病机制的建模方法。本发明的目的是为了解决当前无法实现微观与宏观研究的统一的问题。一、建立Thimthy综合症离子通道模型；二、建立Thimthy综合症心肌细胞电生理模型；三、建立Thimthy综合症心肌纤维电生理模型；四、建立心脏切片几何模型；五、建立Thimthy综合症心肌组织电生理模型；步骤六、建立心脏几何模型；七、建立Thimthy综合症心脏电生理模型；八、建立人体的心脏-躯干几何模型；九、与Thimthy综合症临床心电图对比分析。本发明应用于发病机制的建模方法领域。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105512489
【申请号】CN201510938331
【发明人】王宽全, 白杰云, 张恒贵, 袁永峰, 李钦策
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月10日