18084

18084

ارايه الگوريتمي براي كمينه سازي مدل هاي پيچيده الكتروفيزيولوژيكي نوروني و ارزشيابي آن ها

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيوالكتريك

شهريور ماه 1396

دكتر سيد حجت سبزپوشان

برق

روش¬هاي insilico ابزاري مناسب براي مطالعه مدل¬سازي سلولي است. به همين دليل مدل¬هاي كامپيوتري بسياري براي شبيه¬سازي رفتار سلول بر اساس مطالعات آزمايشگاهي ارايه شده است. اين مدل¬ها را كه معمولا پيچيده بوده و بار محاسباتي بالايي دارند، اصطلاحا مدل¬هاي الكتروفيزيولوژيكي پيچيده گويند. يكي از كاربرد¬هاي مدل¬هاي الكتروفيزيولوژيكي استفاده از آن¬ها در مدل¬سازي بافت و پديده انتشار است، از اين¬رو ساده¬سازي مدل¬هاي پيچيده و ارايه مدل¬هاي كمينه مي¬تواند به كاهش بار محاسباتي كمك كند. سادگي و كمي بار محاسباتي مدل¬هاي كمينه، استفاده از آن¬ها را در مطالعات انتشار در بافت توجيه مي¬كند. با وجود مزيت¬هاي گفته شده براي مدل¬هاي كمينه، نبود روشي مشخص و الگوريتم¬وار براي كمينه¬سازي مدل¬هاي پيچيده الكتروفيزيولوژيكي از چالش¬هاي اين دسته مطالعات مي¬باشد. در اين تحقيق، روشي گام¬به¬گام با استفاده از رويكرد تند-كند و آزمايشات ولتاژ-ثابت براي كمينه¬سازي مدل¬هاي پيچيده الكتروفيزيولوژي ارايه مي¬شود. در الگوريتم پيشنهادي چهار فرماليزم براي مدل كمينه در نظر گرفته شده است. براي ارزشيابي الگوريتم ارايه شده، از معيار¬هاي شكل پتانسيل عمل، ويژگي¬ تحريك¬پذيري و خاصيت انتشار در طول كابل استفاده شده است. نتايج نشان مي¬دهد كه يك مدل سه متغير حالته بدون در نظر گرفتن جريان نشتي براي آن بهترين عملكرد را در برآوردسازي معيار¬هاي در نظر گرفته شده دارد. در حالي كه فرماليزم¬هاي ديگر به دلايل گوناگوني چون، كم بودن تعداد متغير حالت يا زيادشدن تعداد پارامترها، عملكرد قابل قبولي نداشته¬اند. اگرچه كاربرد الگوريتم پيشنهادي به عنوان نمونه براي سلول بطني ارايه گرديده است، اما مي¬تواند براي كمينه¬سازي انواع ديگري از مدل¬هاي الكتروفيزيولوژيكي پيچيده سلولي به كار رود. واژه‌هاي كليدي: الگوريتم كمينه¬سازي، آزمايشات ولتاژ-ثابت، آناليز تند-كند، پتانسيل عمل، مدل كمينه.

1396/08/30

9/19/2017 12:00:00 AM

Abstract Insilco methods are suitable tools for studying heart arrhythmias. This models with high computation load and complexity are called complex electrophysiological models. Hence simplified form of complex models, minimal models, can reduce the computational load. The simplicity and low computation load of minimal models, justifying use of this models in propagation studies. One of the challenges ahead in these studies is a lack of certain and algorithmic method for minimizing complex electrophysiological models. In this paper, for minimizing complex electrophysiological models a step by step approach using fast-slow method and voltage-clamp test has been presented. A minimal model for ventricular cell is the result of proposed algorithm. in this paper, four formalisms are considered for proposed minimal model. This algorithm is validated by morphological and excitability features analysis. Although proposed algorithm is used for minimizing ventricular cell models, it can be used for other electrophysiological cell models. Key words: minimizing algorithm, voltage-clamp test, fast-slow analysis, ventricular cell action potential, minimal model.