13231

654654654544

ارائه يك مدل كمينه براي پتانسيل عمل در بافت بطن قلب انسان

كارشناسي ارشد

برق گرايش بيوالكتريك

خرداد 1393

خرداد 1393

دكتر حجت سبزپوشان

چكيده اختلال در آهنگ ضربان قلب و يا ايست‌هاي ناگهاني قلبي يكي از علت‌هاي مهم مرگ در جوامع صنعتي است. براي مدل‌سازي انتشار امواج در بافت بطن انسان و مطالعه پايداري آنها نياز به مدل‌هايي داريم كه بتواند مشخصات واقعي از اين امواج را شبيه¬سازي كند. مدل‌هاي الكتروفيزيولوژيكي پيچيده‌اي براي شبيه¬سازي اين رفتار‌ها تدوين شده‌است. حجم محاسباتي اين مدل¬ها در دو يا سه بعد بسيار سنگين است. براي كاهش حجم محاسباتي مدل‌‌هاي كمينه‌اي كه بتواند با كمترين پيچيدگي ويژگي‌هاي اصلي را توليد كند، اهميت زيادي دارد. در اين پروژه مدل كمينه¬اي براي توليد مشخصات سه ناحيه از ديواره بطن ارائه مي‌شود. اين مدل قادر است تا مشخصاتي نظير دامنه پتانسيل عمل و شكل آن، منحني‌هاي جبران دوره پتانسيل عمل و سرعت هدايت را شبيه¬سازي كند. مدل ارائه شده بر پايه مدل بوئنو و همكاران (مدل اصلي) است كه چهار متغير حالت دارد. در اين مدل ديناميك سه جريان اصلي ورودي سريع، خروجي آهسته و ورودي آهسته ايجاد مي‌شود. اين سه جريان براي ايجاد شكل صحيح پتانسيل عمل لازم هستند. پارامترهاي مدل براي توليد رفتار واقعي بر مدل‌هاي الكتروفيزيولوژيكي برازش مي‌شود. معادلات انتشار موج در دو بعد توسط روشي مبتني بر الگوريتم رانگ كوتا براي گام‌هاي زماني حل مي‌شود. با اين روش حل مدل قادر خواهد بود امواج بازچرخشي را در دو بعد توليد كند. براي ارزيابي عملكرد مدل ارائه شده در تك سلول و در بافت، نتايج حاصل از شبيه‌سازي در يك سلول و در كابل با مدل بوئنو مقايسه مي‌شود. عملكرد مدل بوئنو قبلا با سه مدل معروف براي بطن انسان مقايسه شده كه نتايج آن با مدل الكتروفيزيولوژيكي تن و همكاران (TNNP) مطابق بوده‌است. در نتيجه با مقايسه عملكرد مدل ارائه شده با مدل بوئنو به ارزيابي آن مي‌پردازيم. نتايج حاصل از شبيه‌سازي براي پتانسيل عمل در يك سلول، انتشار در كابل، منحني جبران دوره پتانسيل عمل و سرعت انتشار با يكديگر مقايسه مي‌شود. علاوه بر اين براي اولين بار مدلي با استفاده از شبكه عصبي ارائه مي¬شود كه مانند مدل قبلي قادر است تا مشخصات اصلي را شبيه¬سازي كند. در اين مدل شبكه بر رفتار معادلات مدل برازش شده و با استفاده از ورودي¬هاي شرايط اوليه خروجي پتانسيل عمل توسط شبكه شبيه¬سازي مي¬شود. نتايج شبيه¬سازي در يك سلول و در دو بعد بين اين مدل و مدل اصلي با هم مقايسه مي¬گردد. مدل¬هاي ارائه شده به همراه روش عددي استفاده شده در مجموع توانسته بار محاسباتي به خصوص در شبيه‌سازي‌هاي يك و دو بعدي را كاهش دهد. اين مدل¬ها‌ قادراست تا شكل پتانسيل عمل و منحني‌ جبران دوره پتانسيل عمل را شبيه¬سازي كند كه منطبق با نتايج حاصل از مدل بوئنو است. با توجه به اين كه اين مدل¬ها مي¬تواند بر رفتار مدل¬هاي ديگر نيز برازش شود با تغيير در پارامتر‌هاي مدل، مي‌توان از آن براي شبيه‌سازي رفتار مدل‌هاي مختلف استفاده كرد. با توجه به عملكرد متفاوت و گاه متضاد مدل‌هاي ارائه شده قبلي اين مدل¬ها نتايجي منطبق بر دامنه¬ي وسيعي از داده‌هاي آزمايشگاهي را ايجاد مي‌كند. در نتيجه مي‌توان گفت كه مي‌تواند در شبيه‌سازي‌هاي بزرگ و به ويژه در يك آناتومي واقعي از قلب بسيار مفيد باشد. واژه‌هاي كليدي: آريتمي قلبي، امواج چرخشي،روش عددي، شبكه عصبي، مدل كمينه