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虚拟心脏解剖及电生理数学建模

致谢第1-9页
摘要第9-11页
ABSTRACT第11-14页
目次第14-21页
第1章 绪论第21-33页
   ·什么是虚拟心脏模型?第21-24页
     ·心肌细胞模型第21-22页
     ·组织模型第22-24页
     ·心电场模型第24页
   ·为什么要建立虚拟心脏?第24-27页
     ·为什么要"数学建模"?第25页
     ·The Physiome Project第25-26页
     ·虚拟心脏有什么用途?第26-27页
       ·用于科研第26页
       ·用于药物和仪器开发第26-27页
       ·用于社会第27页
   ·怎样建立虚拟心脏模型?第27-28页
     ·机制、视图和模型第27页
     ·我们需要"数学"第27-28页
     ·我们离不开"计算"第28页
   ·选题及意义第28-30页
     ·虚拟心脏解剖结构数学建模第29页
     ·虚拟心脏电生理学建模第29-30页
     ·虚拟心脏仿真关键计算技术研究第30页
   ·本文构成及目标第30-33页
第2章 心脏解剖学基础第33-49页
 引言第33页
   ·心脏的位置和外形第33页
   ·心包第33-35页
   ·心腔的形态结构第35-39页
     ·右心房第35页
     ·左心房第35-36页
     ·右心室第36页
     ·左心室第36-37页
     ·心脏的间隔第37-38页
     ·心脏的纤维支架结构第38-39页
   ·心壁的构造第39-41页
     ·心内膜和心外膜第39页
     ·心肌层第39-41页
     ·心肌纤维旋向第41页
   ·心脏传导系统第41-48页
     ·窦房结第42页
     ·房内传导束第42-44页
     ·房室结第44页
     ·室内传导束第44-48页
       ·房室束第44-45页
       ·左束支第45页
       ·右束支第45页
       ·Purkinje纤维网第45-48页
   ·本章小结第48-49页
第3章 心脏解剖结构的数学建模第49-95页
 引言第49-50页
   ·心脏解剖结构数学模型的发展第50-51页
   ·心脏解剖结构数据源第51-61页
     ·医学成像系统第51-58页
     ·数字虚拟人工程第58-60页
     ·生理组织标本第60-61页
       ·材料与方法第60页
       ·数据采集第60-61页
   ·心脏解剖结构数学模型建立的基本方法第61-69页
     ·图像处理第62-63页
       ·图像预处理第62页
       ·图像分割第62-63页
       ·目标分类第63页
     ·手动处理第63-65页
     ·软件辅助处理第65-69页
       ·Simpleware第65-66页
       ·Mimics第66页
       ·Amira第66-69页
   ·构建虚拟心脏解剖结构关键问题研究第69-84页
     ·构建虚拟心脏层状结构第69-71页
     ·构建虚拟心脏纤维旋向第71-75页
       ·心肌纤维旋向的表达第71页
       ·心肌纤维旋向的测量第71-73页
       ·心肌纤维旋向的构建方法第73-75页
     ·构建虚拟心脏兴奋传导系统第75-81页
       ·传导组织分类第76页
       ·窦房结和房室结第76-79页
       ·房间束和室间束第79-81页
       ·普肯野纤维网第81页
     ·构建虚拟心脏计算网格第81-84页
       ·面网格第81-82页
       ·体网格第82-84页
   ·虚拟心脏解剖结构模型集第84-93页
     ·基于DTMIR数据的犬心脏解剖结构数学建模第84-88页
       ·数据结构描述第84-85页
       ·处理步骤第85页
       ·重建结果可视化第85-88页
     ·基于VHP数据的人体心脏解剖结构数学建模第88-90页
       ·数据结构描述第88页
       ·处理步骤第88页
       ·重建结果的可视化第88-90页
     ·基于生理标本的人体心脏解剖结构数学建模第90-93页
       ·数据结构描述第90页
       ·处理步骤第90-93页
       ·重建结果的可视化第93页
   ·本章小结第93-95页
第4章 心脏电生理基础第95-117页
 引言第95页
   ·心脏电生理标测系统第95-102页
     ·实验标测系统第95-96页
       ·膜片钳第95-96页
       ·2 光学标测第96页
     ·临床标测系统第96-102页
       ·体表电位标测系统第96页
       ·心腔内心电图标测系统第96-97页
       ·心内电解剖标测第97-99页
       ·非接触式心内标测第99-100页
       ·心外膜标测第100-102页
   ·心肌细胞电生理特性第102-110页
     ·离子扩散第102-103页
       ·Fick扩散定律第102-103页
       ·Nernst电位第103页
     ·细胞膜的电特性第103-106页
       ·离子通道的基本结构和功能第104页
       ·钠通道电流第104-105页
       ·钾通道电流第105页
       ·钙通道电流第105页
       ·氯通道电流第105页
       ·交换电流第105-106页
       ·泵电流第106页
     ·细胞跨膜电位第106-109页
       ·静息电位第106页
       ·动作电位第106-108页
       ·不应期第108-109页
     ·兴奋收缩偶联第109-110页
     ·缝隙连接第110页
   ·心肌组织电生理特异性第110-115页
     ·起搏细胞的自律性第110-112页
       ·窦房结第110-112页
     ·心房的电生理第112页
       ·心房肌细胞电生理特异性第112页
       ·心房的电兴奋传导第112页
     ·心室的电生理第112-115页
       ·心室肌细胞电生理特异性第112-115页
       ·心室的电兴奋传导第115页
   ·本章小结第115-117页
第5章 心肌细胞电生理数学建模第117-181页
 引言第117页
   ·心肌细胞膜电特性数学建模第117-121页
     ·膜电路模型第118页
     ·膜平衡电位模型第118页
     ·离子通道门控机制模型第118-119页
     ·离子通道电流模型第119-120页
     ·离子泵电流模型第120-121页
     ·离子交换电流模型第121页
     ·离子浓度第121页
   ·心肌细胞兴奋收缩耦联机制数学建模第121-123页
   ·心肌细胞动作电位数学建模第123-151页
     ·Hodgkin-Huxley数学模型第123-124页
     ·心肌细胞动作电位模型的发展第124-127页
       ·早期的心肌细胞模型(1960-1988)第124-125页
       ·详细的心肌细胞模型(1989-2008)第125-126页
       ·第一代和第二代细胞模型的差异第126页
       ·确定性、随机性和马尔科夫模型第126-127页
     ·心肌细胞动作电位数学模型的构建方法第127-136页
       ·确定细胞模型参数第129-130页
       ·选取实验数据分析第130-131页
       ·针对门控参数拟合第131-132页
       ·再现通道电流属性第132-133页
       ·整合的钙循环模型第133-135页
       ·细胞离子浓度求解第135页
       ·细胞跨膜电位求解第135页
       ·模型参数动态调整第135-136页
     ·心脏起搏细胞数学建模第136-140页
     ·心房肌细胞数学建模第140-147页
       ·犬心房肌细胞建模第140-145页
       ·人心房肌细胞建模第145-147页
     ·心室肌细胞数学建模第147-151页
   ·心肌细胞模型计算方法第151-158页
     ·数值计算方法第152-157页
       ·常微分方程组求解方法第153-155页
       ·精度与效率分析第155-157页
     ·心肌细胞模型工具包第157-158页
       ·免费工具第157-158页
       ·商业工具第158页
   ·心肌细胞模型分析方法第158-162页
     ·静态分析方法第158-160页
     ·动态分析方法第160-162页
   ·疾病相关的心肌细胞模型研究第162-179页
     ·短QT综合症第162-170页
       ·引言第162页
       ·方法第162-164页
       ·结果第164-170页
       ·讨论第170页
     ·Brugada综合症第170-179页
       ·引言第170-171页
       ·方法第171-175页
       ·结果第175-179页
       ·讨论第179页
   ·本章小结第179-181页
第6章 心脏电兴奋传导数学建模第181-235页
 引言第181页
   ·心电兴奋传导数学建模第181-190页
     ·细胞自动机的规则传导模型第181-182页
     ·简化的反应扩散兴奋传导模型第182-184页
     ·兴奋扩散方程第184-190页
       ·双域模型第184-187页
       ·单域模型第187页
       ·纤维旋向第187-189页
       ·边界条件第189-190页
   ·兴奋传导模型的数值分析第190-199页
     ·问题分析第190-191页
     ·离散定义第191-195页
     ·时间积分第195-198页
     ·求解流程第198-199页
   ·兴奋传导模型的并行计算第199-212页
     ·并行化策略第200-202页
       ·问题分解第200页
       ·硬件体系结构第200-202页
     ·并行编程模型第202-203页
       ·OpenMP共享存储模型第202页
       ·MPI消息传递模型第202-203页
       ·MPI和OpenMP杂合模型第203页
     ·并行算法设计第203-204页
       ·区域分解第203-204页
       ·数据结构第204页
     ·并行程序设计第204-208页
       ·并行程序中的剖分第204-206页
       ·并行程序中的通讯第206-207页
       ·并行程序中的同步第207页
       ·并行程序中的I/O第207-208页
     ·并行程序性能分析指标第208-211页
       ·运行时间第208页
       ·并行度第208-209页
       ·加速比第209页
       ·可扩展性第209-210页
       ·并行机有效利用率第210页
       ·并行效率第210-211页
     ·兴奋传导并行性能分析第211-212页
   ·兴奋传导模型分析方法第212-225页
     ·一维传导模型第212-215页
       ·传导速度第213-215页
       ·易感窗第215页
     ·二维传导模型第215-221页
       ·平面兴奋波第216-217页
       ·各向异性的兴奋传导第217页
       ·心室层状结构兴奋传导第217-219页
       ·右心房解剖结构兴奋传导第219-221页
     ·三维传导模型第221-225页
       ·人心房兴奋传导模型第221-224页
       ·犬心室兴奋传导模型第224-225页
   ·折返性心律失常兴奋传导机制研究第225-233页
     ·折返性心律失常第225-227页
     ·折返性心律失常的机制第227-229页
     ·折返性心律失常的诱因第229-231页
       ·房速和室速第229-230页
       ·房颤和室颤第230-231页
     ·模型仿真折返波第231-233页
       ·折返波的诱发第231-232页
       ·折返波的漂移第232-233页
   ·本章小结第233-235页
第7章 Cardiome-CN宏观心脏电生理建模部分结果演示第235-241页
第8章 总结与展望第241-247页
   ·论文工作总结第241-242页
   ·论文工作的主要创新点及贡献第242-243页
   ·后续研究工作展望第243-247页
参考文献第247-265页
附录 作者简历第265-267页
附录 作者攻读博士学位期间完成的有关论文第267-268页

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