基于解剖结构和动作电位的心室电活动仿真方法作者：喻德旷1；杨谊2；尹炳生1；李本富1；农德斌1；周翔1(南方医科大学1基础医学院心电研究中心，2生物医学工程学院，广东广州510515)摘要：组成心脏的心肌细胞具有自身的电活动特点，心脏通过传导系统协调全心脏心肌细胞的电活动，引起心脏的功能性机械运动。传统的医学实验方法难以复制心脏的电活动模型和直接观察心脏电活动的演变过程，而心电活动的仿真可以模拟心脏电兴奋的传播演变过程，对复杂生物系统进行直接观测。本文在分析心脏解剖结构的基础上，通过算法仿真兴奋在心肌细胞之间的传递过程，计算出各心肌细胞的电活动。本文设计了一个体现心肌纤维走向和心室细胞分层结构的几何结构模型，对不同层的心肌细胞赋予不同动作电位模型，实现了兴奋在心室肌细胞之间的传递和各心室肌细胞的电活动，并以剖切三维显示来观察兴奋过程。本文中的方法兼顾了计算量和效率，使得高分辨率的基于解剖结构和细胞电生理的心室电活动仿真在普通PC机上实现，取得了较好的仿真效果。关键词：心电活动；仿真；解剖模型；动作电位：TP391.9文献标识码：A：1673-4254(2006)05-0549-04AnefficientmethodforsimulatingventricularelectricalactivitybasedonanatomicstructurebyincorporatingAPmodelYUDe-kuang1；YANGYi2；YINBing-sheng1；LIBen-fu1；NONGDe-bin1；ZHOUXiang1CardiacElectricityResearchCenter,CollegeofBasicMedicine1,CollegeofBiomedicalEngineering2,SouthernMedicalUniversity,Guangzhou510515,ChinaAbstract:ConventionalmedicalexperimentscanhardlysimulatecardiacexcitationproPagationandobservetheevolvementofcardiacelectricalactivitiesfirsthandasispossiblewithcomputersimulation.Basedontheanatomicstructureoftheheart,simulationofcardiacelectricalactivitymainlyconsistsoftheemulationoftheexcitationprocessamongthecardiaccellsandcalculationoftheelectricalactivitiesofindividualcardiaccells.Inthisstudyweestablishageometricventricularstructuremodeldemonstratingthedirectionofthecardiacmusclefibersandthelayersoftheventricularcells,andendowdifferentactionpotentialmodelstotheventricularcellsofdifferentlayers,andobservetheactivationprocessoftheventricularPartsinviewofthethree-dimensionalanatomy.Thismethodgivesattentiontobothenoughcalculationamountsandefficiency,whichachievessatisfactorysimulationresultsofventricularelectricalactivitybasedontheanatomicstructureandcellelectrophysiologythroughanimprovedalgorithmonpersonalcomputer.Keywords:cardiacelectricalactivity;simulation;anatomicalmodel;actionpotential收稿日期：2005-10-12基金项目：国家自然科学基金(30471647)SupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(30471647)作者简介：喻德旷(1972-)，男，博士，高级工程师，主要研究方向为医学三维建模、生物信息计算机仿真等,E-mail：yude@fimmu在医学领域，对心电的基本研究方法主要是依靠对心电现象的直接观察和动物实验。由于心电图只有在有生命的个体上才能真实完整的表现出来，但心电活动实验模型的建立难度很大。心电仿真能够克服医学研究方法的限制，利用可视化技术对心脏结构进行可视重建，对仿真结果进行直观研究。心电仿真是以具有心肌细胞电生理特性的大量结点构成近似真实心脏的形状，由计算机仿真电兴奋的传递过程并计算出体表电位来研究心脏电活动与体表电位之间的关系。本文简要描述心室电活动的仿真过程，包括3大步骤：心室壁的分层、基于心肌纤维走向的整合动作电位的心室三维模型的构建、兴奋传导过程的等电位图的计算，下面分别进行介绍。1心内膜与心外膜的分层心脏中不同类型的细胞的动作电位是不同的，例如，传导细胞和参与收缩舒张的心肌细胞的动作电位、心房肌和心室肌的动作电位、甚至心室中不同部位的细胞动作电位都各不相同；在时程方面，心内膜与心外膜细胞的动作电位时程不同，中层的M细胞其动作电位时程与其它细...