基于双心室电力学复合模型的心力衰竭仿真研究

• 作者: 吴凯 夏灵 徐波 王聪 窦建洪 董训德 贾济 黄伟毅
• 来源期刊: 北京生物医学工程
• 学科: 医学
• 关键词: 虚拟心脏 建模仿真 心力衰竭 束支传导阻滞 心肌梗死
• 年，卷（期）: 2020,（5）
• 所属期刊栏目: 论著
• 页码范围: 441-454
• 页数: 14页
• 分类号: R318.01
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1002-3208.2020.05.001.

摘要

目的 临床上束支传导阻滞(bundle branch block,BBB)和心肌梗死(myocardial infarction,MI)相互影响、同时并存,而国际上相关的心力衰竭(heart failur,HF)宏观数学模型很少见,多集中于电生理方面,且往往采用简单的几何形状和经验的心肌纤维旋向数据,不利于对真实心肌力学特性的研究.本研究旨在建立一个左束支传导阻滞(left bundle branch block,LBBB)伴急性心肌梗死(acute heart failur,AMI)的基于真实几何形状和纤维旋向数据的虚拟心脏HF模型,并定量地分析其力学特性.方法 首先利用CT数据和激光三维扫描点云相结合的方法,成功构建基于真实人体心脏结构的高精度几何模型;然后基于单域模型的心肌兴奋传播并行算法及八节点等参元法,建立双心室电力学复合模型;最后基于离子通道的心衰细胞模型,建立LBBB伴AMI的心衰数学模型.基于该模型,通过对心室壁运动的仿真来分析心室不同位置和梗死范围对梗死区膨展(infarct expansion,IE)程度的影响;通过对心室赤道横断面应力的分析,研究心室内的应力分布特征及对力学收缩的影响;通过对左/右心室中壁最小主应变的仿真,定量研究室内的力学不同步.结果 通过对收缩期心壁的运动、主应变和应力分布的定量分析证明,LBBB伴AMI情况下前壁靠心尖部位要比后壁更易产生IE,且透壁性心肌梗死范围越大,IE程度也越大;同时亦证明在LBBB存在时会有更为严重的左心室内的收缩不同步.结论 采用沿心肌纤维单元厚度方向分层的方法,利用等参元有限元法巧妙地将真实纤维旋向和几何形状融入双心室电力学复合HF模型,仿真结果与临床相符,证明该模型对理解心衰发生的机制具有重大意义.