虚拟心脏建模(共3页)

精选优质文档-倾情为你奉上为什么研究虚拟细胞或心脏？研究的背景：心脏是人体重要器官之一，心血管病又是人类三大之一，因此对于它的生理病理研究具有重要意义。常见的情况是：如果一个人毫无预料地突然死去，通常是有潜在性心脏问题，大约每10万人中就有1.3万人死于心率失常性猝死综合征（），它也是婴儿猝死的部分原因。而针对基因变异型可以采用药物治疗或在胸腔植入除颤器；潜在型可以采用基因测序，但并非所有携带变异基因的人都会突发此症；故人们期望通过心电监测来发现与之相关的心电特征，以及高发的心血管疾病等都迫切要求人们来研究心脏生理构造及相关的电生理活动。随着计算机技术的飞速发展，虚拟现实技术在许多方面得到了应用，虚拟心脏就是该技术在生物医学工程领域的一具体应用。研究的意义：1. 弥补现有心脏诊断技术的不足，提高人们对心脏功能和内在机理的认识现代生物医学工程迅速发展, 涌现出了许多种无创诊断心脏疾病的技术方法。现代医学成像技术如CT 、磁共振和超声成像等的推广应用, 以及心电、血压等监护系统的广泛使用, 使人们能在更高的层次上了解心脏的生理和病理状况。CT 和磁共振成像的时间较长, 很难跟踪心脏的动态变化;超声成像可以观察到心脏的动态变化, 但是其分辨率却较低。即使是分辨率很高的彩色多普勒血流成像, 由于心脏大血管及大血流的影响, 也难于观察到心血管的病理变化。对心电及血压监护系统而言, 早期的心脏疾病未能引起心电及血压的病理性改变时, 这种系统往往是无能为力的。虚拟心脏应用计算机强有力的计算和图形显示能力, 通过在给计算机心脏模型赋予活体心脏所具有的心肌、血液的动力学特性,动态电传导特性, 生化特性和各种生理病理知识, 使之从形态、结构和功能等方面逼真地再现人体心脏的活动过程。虚拟心脏的研究将新近出现的虚拟现实技术(亦称为灵境环境)引入到心脏的生理病理研究中, 结合多年来心血管系统的研究成果, 有益于我们进一步认识心血管系统的规律和本质、深入研究心血管系统疾病和临床表现之间的关系并实现早期无创诊断。2. 可以模拟获得大量的实用数据，辅助临床诊断和治疗虚拟心脏可以按照特定的设计来模拟心脏的运行，从而获得大量实用和有价值的心电数据，摆脱了以往只能依靠病患监测数据的限制，数据来源更广，且可以模拟一些可能发生或者极端的情况下的数据。3. 疾病的诊断分析及辅助外科手术 以前为了诊断心瓣膜阻滞等疾病，必须由外科医生进行开胸手术，操作不便且存在风险，更会给病人带来不必要的伤痛；使用计算机模拟软件，对患者的磁共振成像扫描结果进行分析，测量患者心脏跳动的情况，并将其同一个“虚拟心脏”相比较，即可快速判别病情，鉴定病因。 心脏介入手术是治疗心血管疾病, 特别是冠状动脉狭窄的有效手段。心脏介入手术训练是通过长时间的临床训练完成的, 较短时间内在训练的数量上存在着缺陷, 难以达到对医生的培训效果。因此, 计算机设计开发的虚拟心脏介入手术系统可以很好解决这个问题，它可以很好的模拟心脏的生理和病理特征，通过极具真实感的场景来进行手术训练。4. 加速新型药物的开发“虚拟心脏计划”已对医学做出了重大贡献，其中最重要的是帮助研究人员发现更好的治疗心脏病药。日本有人基于简单的虚拟心脏进行了治疗心力衰竭的疗效的预测，数据与临床数据基本吻合；美国公司则建立了基于临床实验结果的虚拟心脏，并运用了分子学、生化、细胞学、基因工程和解剖学方面的知识，能模拟心脏中细胞的功能，研究健康和病变情况下细胞的表现。该“心脏”综合了各类病变的起因和症状，包括心力衰竭、心率失常、心肌梗塞等常见病。通过对该“心脏”的分析和实验，可以研制治疗各种心脏疾病的药品并能确定其疗效，以减少新药品开发风险和降低研制成本。研究现状及成果： 虚拟心脏模型一般是基于人体心脏2D图像重建并利用可视化技术得到的，将CT等医疗设备输出的动态心脏断层扫描图像重建，精确地再现心脏的3D几何形状和动态运动过程。 该研究旨在将心脏从亚细胞、细胞到组织、器官的各层次结构、各种复杂生理/病理/药理过程利用计算机建模并通过人机交互来实现仿真实验并最终提供一种快速有效且精确的框架模拟真是心脏的生命活动过程。由全球多家实验室共同参与的“虚拟心脏计划”，也称“Cardiome计划”，实际上就是利用多种计算机模型，来描述单个心脏细胞、几百万个心脏细胞和整个心脏器官混和在一起的电化学活动，并描述心脏血液的抽运过程。目前，科学家甚至已能使有的“虚拟心脏”“患”上动脉阻滞、心脏衰竭及心律异常等疾病。 英国牛津大学的Noble所建立的虚拟心脏模型应用于治疗心脏疾病类药物审批过程中日本的e-cell美国的virtual-cell模拟软件等结束语：虚拟现实技术在生物医学工程研究领域的研究与应用正日益受到广泛的重视，将这一技术研究思想引入到心血管系统领域，可以进一步加深对人体心脏和心血管系统的生理病理的认识。虚拟心脏的研究是生物医学工程领域中具有挑战性的热点课题，涉及领域多，实现难度大，但其应用前景和价值是不可估量的。由此可见，虚拟心脏（细胞）的研究意义重大，其将有可能改变传统医学的诊治方式，并为人类健康带来福音。专心-专注-专业