【摘 要】
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随着人口老龄化的加剧和中青年人群竞争压力的增大,心源性猝死(Sudden cardiac death,SCD)的发病率逐年升高,已经成为工业化国家最常见的死亡原因。SCD可能由于室性心律失常即心动过速或心室颤动所导致,在心脏电生理活动中分别对应着出现螺旋波和湍流。目前治疗心律失常和预防SCD常用的方法是植入式心律转复除颤器(Implantable cardioverter-defibrillato
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随着人口老龄化的加剧和中青年人群竞争压力的增大,心源性猝死(Sudden cardiac death,SCD)的发病率逐年升高,已经成为工业化国家最常见的死亡原因。SCD可能由于室性心律失常即心动过速或心室颤动所导致,在心脏电生理活动中分别对应着出现螺旋波和湍流。目前治疗心律失常和预防SCD常用的方法是植入式心律转复除颤器(Implantable cardioverter-defibrillator,ICD)。这种治疗方法是在人体内植入电极,通过大电压刺激重置心脏电信号来消除螺旋波和湍流。但是,这种侵入性的方法存在着很大的感染风险。因此,寻找安全非侵入的心律失常疗法一直是心脏病学中的重要课题。本文提出声遗传技术可以作为心律失常的非侵入治疗方法,并结合理论建模和数值模拟的方法进行了研究。基于声遗传技术的实验方案和特点,本文设计了相关的假设实验。在假设实验的基础上,我们对超声辐射压强和piezol离子通道电流进行建模,然后在人心室组织的Fenton-Karma三变量模型的基础上构建出受超声调控的人心室组织模型。本文在该模型下进行了数值模拟实验。我们首先验证了全区域施加超声可以有效地消除湍流。但是,该机制无法满足美国食品药监局(Food and Drug Administration,FDA)在医用超声安全标准里对机械指数(Mechanical index,MI)和热指数(Thermal index,TI)的要求。于是,在FDA的安全范围标准内,我们又提出了声遗传技术消除螺旋波和湍流的四种新机制,并用数值模拟结果进行了验证。之后,为了排除因模型选取而导致结果偶然性的情况,本文又采用不同的离子通道模型和心脏模型重现了上述模拟实验结果。本文的研究结果证实了声遗传技术可以安全非侵入地治疗心律失常。这些结果将为相关实验背景的研究人员提供理论支持和临床指导。本文的主要创新点包含:1,首次提出将声遗传这种神经调控技术应用于心肌细胞中,并用来治疗心律失常。2,超声作为一种非侵入性的医疗手段,可以有效地避免现有的ICD疗法带来的侵入性风险。3,本文中提出的四种治疗机制的超声参数均符合FDA对心脏上医用超声的要求,保证了治疗方法的安全性。
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