一种基于电生理模型的心房纤维化仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电生理模型的心房纤维化仿真系统，包括仿真对象参数设置模块、仿真与显示模块。仿真对象参数设置模块用于设置心房细胞电生理模型、心房二维组织电生理模型和心房纤维化的参数。仿真与显示模块用于输出仿真的相关信息，包括：动作电位、电传导过程、原始心电信号、带通滤波后的高频心电信号。本发明专利技术用于心房纤维化的辅助分析，能够通过修改相关参数显示不同心房纤维化情况多物理尺度上的相关信息，简单方便，对于心房纤维化的诊断和治疗具有重要意义。诊断和治疗具有重要意义。诊断和治疗具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电生理模型的心房纤维化仿真系统


[0001]本专利技术属于心脏电生理领域，涉及心房纤维化的仿真，具体涉及一种基于电生理模型的心房纤维化仿真系统。

技术介绍

[0002]心房纤维化作为心房基质的重要影响因素，在心房颤动(简称房颤)的病情发展中起着重要作用。心房纤维化通过结构重构和电重构参与房颤的发生和维持，是重要的房颤基质。此外，心房纤维化严重程度与患者年龄、房颤导管消融的复发风险成正相关。如果能够有效合理地研究心房纤维化，就可以提前干预和预防，阻止纤维化病情进一步加重，有效降低房颤的发生率和严重程度。
[0003]目前，对于心房纤维化的研究，生理实验学家多是从离子通道蛋白、基因、细胞等层面进行微观研究，研究结果大多仅仅能反映出亚细胞级、细胞级等微观特性，无法揭示微观改变进一步导致的宏观结果的过程；而临床医生多是从病症临床表现等进行宏观结果观察，忽视了病症起源等微观因素。二者之间缺少一种有效沟通的桥梁。因此，开发一种进行心房纤维化研究的辅助分析工具，能够整合不同物理尺度上的心房纤维化病理信息，有利于心房纤维化的研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决目前缺乏一种能够反映心房纤维化微观变化和宏观结果之间关系的辅助分析工具的问题，提供了一种基于电生理模型的心房纤维化仿真系统，通过设置仿真对象参数，仿真并显示出动作电位、电传导过程、心房原始心电信号和高频心电信号，用来帮助分析心房纤维化微观变化和宏观结果之间的关系。
[0005]为实现本专利技术的目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0006]一种基于电生理模型的心房纤维化仿真系统，包括仿真对象参数设置模块、仿真与显示模块；所述仿真对象参数设置模块的输出端连接所述仿真与显示模块的输入端。
[0007]具体地，所述仿真对象参数设置模块，用于心房细胞电生理模型、心房二维组织电生理模型和心房纤维化的参数设置，包括：
[0008]心房细胞电生理模型参数设置单元，用于修改Courtemanche
‑
Ramirez
‑
Nattel(CRN)心房细胞电生理模型，参数包括各细胞膜离子通道的最大电导率；
[0009]心房二维组织电生理模型参数设置单元，用于设置心房组织大小、仿真时长、电刺激方案，具体参数包括横排细胞个数、竖列细胞个数、仿真周期、心拍次数、电刺激区域、电刺激幅值、电刺激持续时间；
[0010]心房纤维化参数设置单元，用于在心房二维组织电生理模型上模拟纤维化，具体参数包括纤维化区域、耦合成纤维细胞的心房细胞占总细胞比例和心房细胞耦合成纤维细胞的个数。
[0011]具体地，所述心房细胞电生理参数设置单元，通过输入各细胞膜离子通道的最大
电导率，实现CRN心房细胞电生理模型的修改。
[0012]具体地，所述CRN心房细胞电生理模型动作电位仿真表述如下：
[0013][0014]其中，C
m
表示心房细胞电容的大小，V
m
表示心房细胞膜电位，I
ion
表示心房细胞各个离子通道电流之和，I
stim
表示刺激电流，I
Na
表示快速Na
+
电流，I
K1
表示内向整流K
+
电流，I
to
表示瞬时外向K
+
电流，I
Kur
表示超快速延迟整流K
+
电流，I
Kr
表示快速延迟整流K
+
电流，I
Ks
表示缓慢延迟整流K
+
电流，I
CaL
表示L型内向Ca
2+
电流，I
pCa
表示肌浆Ca
2+
泵电流，I
NaK
表示钠钾泵电流，I
NaCa
表示钠钙交换电流，I
bNa
表示背景Na
+
电流，I
bCa
表示背景Ca
2+
电流；
[0015]所述任意离子通道电流模型表述如下：
[0016][0017]其中，I
x
表示该离子通道电流，g
x
表示该离子通道的最大电导，r
i
表示该离子通道的门控变量，E
x
表示该离子的平衡电位；
[0018]具体地，所述心房细胞电生理参数设置单元，能够对除了背景离子电流之外的所有g
x
单独进行百分比缩放，实现CRN心房细胞电生理模型的修改。
[0019]具体地，所述心房二维组织电生理模型参数设置单元，通过输入横排细胞个数、竖列细胞个数、仿真周期、心拍次数、电刺激区域、电刺激幅值、电刺激持续时间、CRN心房细胞电生理模型修改参数，实现心房二维组织电生理模型的心房组织大小、仿真时长、电刺激方案的设置。
[0020]具体地，所述心房二维组织电生理模型电传导仿真表述如下：
[0021][0022]其中，D表示扩散张量；
[0023]通过修改I
stim
的大小和施加区域，实现电刺激方案的设置。
[0024]具体地，所述心房纤维化参数设置单元，通过输入纤维化区域、纤维化细胞占总细胞比例、心房细胞耦合成纤维细胞的个数、心房组织大小、仿真时长、电刺激方案、CRN心房细胞电生理模型修改参数，实现在心房二维组织电生理模型上模拟纤维化。
[0025]具体地，所述心房细胞耦合成纤维细胞表述如下：
[0026][0027][0028][0029]其中，G
gap
表示成纤维细胞与心房细胞耦合的间隙连接电导，n表示心房细胞耦合成纤维细胞的个数，C
fib
表示成纤维细胞电容的大小，V
fib
表示成纤维细胞膜电位，I
ion,fib
表
示成纤维细胞各个离子通道电流之和，I
gap
表示间隙连接电流；
[0030]具体地，所述心房纤维化参数设置单元中心房细胞耦合成纤维细胞的个数通过修改公式中n的值，实现对应纤维化的修改。
[0031]具体地，所述仿真与显示模块，用于结合所述仿真对象参数设置模块，仿真并显示仿真对象不同物理尺度上的信息，其中在微观层面上显示动作电位的相关信息；在宏观层面上显示心房组织的电传导过程、原始心电信号和高频心电信号。
[0032]具体地，所述高频心电信号，是所述原始心电信号经快速傅里叶变换和150Hz
‑
250 Hz带通滤波后得到。
[0033]本专利技术的有益效果：
[0034]1.本专利技术所述的基于电生理模型的心房纤维化仿真系统，作为一种辅助分析工具，能够帮助分析心房纤维化微观变化和宏观结果之间的关系。借助本专利技术，研究心房纤维化的生理实验学家能够更好地分析微观改变带来的宏观结果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电生理模型的心房纤维化仿真系统，其特征在于，所述仿真系统包括仿真对象参数设置模块和仿真与显示模块；所述仿真对象参数设置模块的输出端连接所述仿真与显示模块的输入端；所述仿真对象参数设置模块，用于心房细胞电生理模型、心房二维组织电生理模型和心房纤维化的参数设置，包括：心房细胞电生理模型参数设置单元，用于修改CRN心房细胞电生理模型，参数包括各细胞膜离子通道的最大电导率；心房二维组织电生理模型参数设置单元，用于设置心房组织大小、仿真时长、电刺激方案，具体参数包括横排细胞个数、竖列细胞个数、仿真周期、心拍次数、电刺激区域、电刺激幅值和电刺激持续时间；心房纤维化参数设置单元，用于在心房二维组织电生理模型上模拟纤维化，具体参数包括纤维化区域、耦合成纤维细胞的心房细胞占总细胞比例和心房细胞耦合成纤维细胞的个数；所述仿真与显示模块，结合仿真对象参数设置模块的参数，用于仿真并显示仿真对象的动作电位、电传导过程、原始心电信号和高频心电信号。2.根据权利要求1所述的一种基于电生理模型的心房纤维化仿真系统，其特征在于，所述心房细胞电生理参数设置单元，通过输入各细胞膜离子通道的最大电导率，实现CRN心房细胞电生理模型的修改。3.根据权利要求2所述的一种基于电生理模型的心房纤维化仿真系统，其特征在于，所述CRN心房细胞电生理模型动作电位仿真表述如下：其中，C
m
表示心房细胞电容的大小，V
m
表示心房细胞膜电位，I
ion
表示心房细胞各个离子通道电流之和，I
stim
表示刺激电流，I
Na
表示快速Na
+
电流，I
K1
表示内向整流K
+
电流，I
to
表示瞬时外向K
+
电流，I
Kur
表示超快速延迟整流K
+
电流，I
Kr
表示快速延迟整流K
+
电流，I
Ks
表示缓慢延迟整流K
+
电流，I
CaL
表示L型内向Ca
2+
电流，I
pCa
表示肌浆Ca
2+
泵电流，I
NaK
表示钠钾泵电流，I
NaCa
表示钠钙交换电流，I
bNa
表示背景Na
+
电流，I
bCa
表示背景Ca
2+
电流；所述任意离子通道电流模型表述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘澄玉，王瀚宇，赵娜，李建清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：