Simulation of transmembrane potential propagation in three dimensional ventricular tissue using Aliev Panfilov model
Aliev-Panfilov modeli kullanılarak 3 boyutlu ventrikuler dokuda transmembran potansiyellerinin yayılımının simülasyonu
- Tez No: 381043
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YEŞİM SERİNAĞAOĞLU DOĞRUSÖZ, DR. FERHAT EYYÜPKOCA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 132
Özet
Kalp, dolaşım sistemi yoluyla kanı vücutta dolaştıran bir kas dokusudur ve vü- cuttaki organların oksijen ve besin ihtiyacın karşıladığı gibi atıkların uzaklaştırmak ile görevlidir. Kalp fonksiyonundaki herhangi bir bozukluk, birçok hastalığa ve hatta ölüme sebep olabilir. Bu nedenle, bu hastalıkların ve mekanizmalar- ının tanımlanması klinisyenlerin bu hastalıkların teşhisi, tahmini ve tedavisine yardımcı olması açısından önemlidir. Kalp kasının kasılmaları elektrik aktivitesine bağlıdır ve bu elektriksel aktivitenin belirlenmesi kalbin fonksiyonel durumu hakkında bilgi verebilir. Bu hastalıkların çoğunluğunun teşhisi , 12 kanallı EKG 'den açık kalp ameliyatına kadar birçok klinik metotla sağlanabilir. Ancak, bu yöntemlerin invaziv olduğu ve sınırlı uzay-zamansal çözünürlükte bilgi sağladığı düşünülmektedir. Ayrıca, etik izin sorunlar ve elektro-fizyolojik değişimlerinin hızlı olması, araştırma amaçlı olan uygulamalar sınırlandırmaktadır. Bu çalışmanın temel amacı; fonksiyonunun detaylarını anlamak için kalbin elektriksel aktivitesinin matematiksel modellemesini yapmak ve çeşitli kalp hastalıkları nın tahmin, tanı ve tedavi yöntemleri geliştirmektir. Yüksek uzay-zamansal çözünürlükteki haritalar, araştırmacılara ve hekimlere diğer yöntemler ile ulaşamadı kları gerekli bilgileri sağlayabilir. Bu çalışmada, transmembran potansiyel (TMP) dağılımlarına dayanarak ve miyokard özelliği, lif oryantasyonu gibi kalbin anatomik bilgilerini kullanarak, kalbin elektriksel aktivitesinin üç boyutlu (3D) ventriküler geometrisini modelledik. Ayrıca, kalbin elektriksel aktivitesini doku düzeyinde tanımlamak için potansiyel dalga şekli yayılmasına dayanan Aliev Panfilov modelini kullandık. Bu modelde, kalp kasının eşyönsüzlüğünü dahil edilmesi de mümkündür. ilk olarak, eşyönsüz doku varsayımına odaklanarak kardiyak doku eşyönlü varsayım ile karşılaştırdık. Sonrasında fiber oryantasyon varyansı ifade eden geometrik hataların etkileri araştırdık. Daha sonra, kolaylık için yeni bir metod önerdik ve bir kalbin fiber yönlerinin bilgilerini kullanarak başka bir kalbin elektiriksel aktivitesini tahmin ettik. Ardından, benzer simü- lasyon yöntemi kullanarak, TMP dağıtımının 3 boyutlu haritalaması ve kalbin farklı fonksiyonel durumunun yayılım simüle edildi. Önce, normal ve ektopik kalp atımına dayalı normal kalp dokusunda yayılım modellenmiştir. Daha sonra, iskemik bir dokudaki aksiyon potentisyellerinin morfolojik değişimlerine dayanarak, modelimiz için iskemik ağırlık değerleri ve denklem parametreleri türettik. Ve ardından, ventroküler dokuya iskemik bir bölge tanımlayarak ve iskemik dokunun özelliklerini ve ağırlık değerlerini kullanarak TMP da§ğılım ve yayılımını bu dokuda simüle ettik. Son olarak, anormal bir iletim yolunu tanıtarak, Wolf- Parkinson-White sendromu olarak tanımlanan bir ön-uyarı bozukluğu olan kalp simüle edildi. Bu araştırmadaki simülasyon sonuçlarının daha önceki klinik metod ve simülasyon modelleri ile benzer olduğunu gözlemledik. Aynı zamanda kalp dokusunun izotropik varsayımının TMP simülasyon sonuçlarına önemli ölçüde etki edebildi§ini gördük. Bu değişiklik öncelikle TMP dalga şeklinin yayılıma hı- zında, her bir noktadaki TMP potansiyel değerinde ve daha da önemlisi aksiyon potansiyeli süresince gösterilmiştir. Buna karşılık, ek mikro-yapısal hatalara rağ- men DTI tabanlı görüntülerin kalbin elektriksel aktivitesinin simülasyonu için en güvenilir yöntem olduğu gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Heart is a muscular tissue that circulates blood through the circulatory system, and has a role in providing oxygen and nutrition to body organs and removal of wastes from them. Any disorder in the function of this organ can lead to severe diseases, and even death. Thus, characterization of these diseases and their mechanisms is important, and helps the clinicians diagnose, treat, and predict these diseases. The contraction of heart muscle is dependent on its electrical activity, and determination of this activity could provide information about the functional state of the heart. Majority of these diseases can be diagnosed using clinical methods ranging from 12-lead electrocardiography (ECG) to open surgery. However, most of these methods either are considered to be invasive, or provides information at limited spatio-temporal resolution. Moreover, ethical permission problems, and fast electro-physiological changes constrain their application for investigation purposes. The main objective of this study is to mathematically model the heart's electrical activity for understanding the details of its function, and developing methods for prediction, diagnosis and treatment of various heart diseases. High spatio-temporal resolution maps, simple application could supply researchers and physicians necessary information that could not be acquired with other methods. In this work, we modelled the electrical activity of the heart in the three dimensional (3D) ventricular geometry based on transmembrane potential (TMP) distributions using anatomical information of the heart such as; property of myocardium, fiber orientation. etc. We also use Aliev-Panfilov model to describe electrical activity of the heart at tissue level, which focuses on the potential wavefront propagation. In this model, it is also possible to include the anisotropy of the heart muscle. We first focused on anisotropic tissue assumption, comparing it to isotropic assumption of cardiac tissue. Second, effects of fiber orientation variance representing geometrical errors was investigated. Third, we suggested a new method for simple, and reliable modelling of electrical activity of the heart by transferring cardiac information from a known heart to an unknown one. Then, using similar method of simulation, 3 dimensional mapping of TMP distribution and propagation of different functional states of the heart was simulated. First, propagation in the normal heart tissue based on normal and ectopic heart beats were modelled. Second, based on action potential morphology changes in a tissue with ischemia, we derived ischemic weight values and equation parameters for our model. Then by introducing ischemic regions on the ventricular geometry and using ischemic tissue properties and weight values, we simulated TMP distribution and propagation in ventricular geometry with partial ischemia. Finally, by introducing an abnormal conduction pathway, a heart with a pre-excitation disorder called Wolf-Parkinson-White syndrome was simulated. Our results of simulation were similar to previous clinical and simulation models. It was also shown that isotropic assumption of cardiac tissue can affect TMP simulation results significantly. This alteration was shown chieffy in TMP wavefront propagation velocity, TMP potential value of each points and more importantly action potential duration. In contrast, it was shown that DTI based images in spite of additional micro-structural errors are the most reliable method for simulating the electrical activity of the heart.
Benzer Tezler
- A cellular automaton based electromechanical model of the heart
Hücresel otomaton yöntemi ile kalbin elektromekanik modellenmesi
CEREN BORA
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Tıbbi BiyolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERGİN TÖNÜK
YRD. DOÇ. DR. YEŞİM SERİNAĞAOĞLU DOĞRUSÖZ
- Visualisation of the electrical activities of the heart in 3D
Başlık çevirisi yok
IHAB ABDALLA EL-AFF
Doktora
İngilizce
2009
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolThe University of SalfordPROF. TIM RITCHINGS
- Predicting novel small inhibitors of SARS-CoV-2: Targeting SARS-CoV-2 spike protein, human ACE2 protein and SARS-CoV-2 NsP16 via molecular docking
SARS-CoV-2 için yeni küçük inhibitör moleküllerin tahmini: Moleküler yanaştırma yöntemiyle SARS-CoV-2 spike proteini, insan ACE2 proteini ve SARS-CoV-2 NsP16 hedeflenmesi
ONUR ÖZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MERT GÜR
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEFER BADAY
- Exploring the intrinsic dynamics of human beta-2 adrenergic G-protein coupled receptor
Beta-2 adrenerjik reseptör proteinin içsel dinamik yapısının araştırılması
ÖZER ÖZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
BiyolojiBoğaziçi ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PEMRA DORUKER TURGUT
YRD. DOÇ. DR. DEMET AKTEN AKDOĞAN
- Uyarlamalı üstel tut&ateşle (AdExI&F) sinir hücresi modeline yönelik bir sinaptik bağlantı ve devre benzetimi
A synaptic coupling for the adaptive exponential integrate and fire (AdExI&F) neuron model with circuit simulations
AYŞEN BAŞARGAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İ. SERDAR ÖZOĞUZ