生物起搏器模型构建方法及终端设备技术

本发明专利技术适用于起搏器建模技术领域，提供了一种生物起搏器模型构建方法及终端设备。所述方法包括：构建内向整流钾电流离子通道模型，构建起搏电流离子通道模型，根据内向整流钾电流离子通道模型、起搏电流离子通道模型和预存的心室肌细胞膜上其他离子通道模型重构生成生物起搏器模型，判断生物起搏器模型的电生理特性是否合格，若判定电生理特性合格，则判定生物起搏器模型构建成功。采用上述方案后，加快了生物起搏器进行应用的进程，对生物起搏器应用于临床有着重要的指导性意义。

Modeling Method and Terminal Equipment of Biological Pacemaker

The invention is applicable to the field of pacemaker modeling technology, and provides a method for constructing a biological pacemaker model and a terminal device. The method includes: constructing inward rectifier potassium current ion channel model, constructing pacemaker current ion channel model, reconstructing biological pacemaker model according to inward rectifier potassium current ion channel model, pacemaker current ion channel model and other ion channel model on the membrane of ventricular myocytes, judging whether the electrophysiological characteristics of biological pacemaker model are qualified, if judging. If the electrophysiological characteristics are qualified, the successful construction of the biological pacemaker model will be judged. With the above scheme, the application process of biological pacemaker is accelerated, which has important guiding significance for the clinical application of biological pacemaker.

【技术实现步骤摘要】
生物起搏器模型构建方法及终端设备
本专利技术属于起搏器建模
，尤其涉及一种生物起搏器模型构建方法及终端设备。
技术介绍
近年来，心血管疾病已成为威胁国民健康的首要问题，并有持续走高的趋势。其中，房室传导阻滞等导致的心律失常的唯一治疗手段是电子起搏器，其应用多年来在已挽救了超过几百万患者的生命，使他们可以像正常人生活。但是由于起搏器高昂的价格、植入术前后费用、医保覆盖等经济问题，实际上仅有少数人能够接受植入心脏起搏器治疗。生物起搏器相关实验的出现为治疗心律失常提供了新的方法，生物起搏器是一种通过基因修饰或干细胞诱导分化，获得类似于窦房结细胞的具有自主起搏功能的心肌细胞，将一定数量的自动起搏细胞注射到心脏的某个区域，使心脏在窦房结病变的情况下仍然能够自发起搏的治疗心律失常的方法。研究表明，通过基因治疗，细胞治疗或二者共同作用，能够使心室，心房，房室结等心肌细胞产生自动节律，并带动整个心脏有规律地跳动，进而构成生物起搏器。该生物起搏器具有诸多优点，如植入方便，无需开胸手术；可以与患者的情绪相互响应，更加符合生理需求等。然而，对生物起搏器的实验研究，目前只能针对动物进行实验，存在诸多局限性，大大减慢了生物起搏器进行应用的进程。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种生物起搏器模型构建方法及终端设备，以解决现有技术中只能针对动物进行实验，存在诸多局限性，大大减慢了生物起搏器进行应用的进程的问题。本专利技术实施例的第一方面提供了一种生物起搏器模型构建方法，包括：构建内向整流钾电流离子通道模型；构建起搏电流离子通道模型；根据所述内向整流钾电流离子通道模型、所述起搏电流离子通道模型和预存的心室肌细胞膜上其他离子通道模型重构生物起搏通道模型，将重构生成生物起搏器模型；判断所述生物起搏器模型的电生理特性是否合格；若所述生物起搏器模型的电生理特性合格，则判定所述生物起搏器模型构建成功。作为进一步的技术方案，所述方法还包括：将所述生物起搏器模型整合到预存的心室单细胞模型中形成生物起搏器模拟模型；根据预存的仿真技术获取所述生物起搏器模拟模型中肌浆网漏电流流入细胞质内的第一钙电流和子空间钙泵电流流入细胞质内的第二钙电流；根据所述第一钙电流和所述第二钙电流判断所述生物起搏器模拟模型中细胞内钙离子浓度在预设时间后是否达到预设稳态；若所述生物起搏器模拟模型中细胞内钙离子浓度在预设时间后达到预设稳态，则判定所述生物起搏器模型起搏成功。作为进一步的技术方案，所述方法还包括：根据表达式构建所述内向整流钾电流离子通道模型，其中，IK1为内向整流钾电流，GK1为内向整流钾电流离子通道的电导，Ko为心室细胞外的钾离子浓度，K1∞为非时间依赖性的内向整流系数，Vm为心室细胞跨膜电压，E为钾通道的反转电位。作为进一步的技术方案，所述方法还包括：根据表达式If＝If,Na+If,K；If,Na＝Gf,Na*y(Vm-ENa)；If,K＝Gf,K*y(Vm-EK)构建所述起搏电流离子通道模型，其中，If为起搏电流，If,Na为If电流对Na通透的离子通道电流，If,K为If电流对K通透的离子通道电流，Gf,Na为If,Na的最大电导值，Gf,K为If,K的最大电导值，ENa为钠离子的平衡电位，EK为钾离子的平衡电位，Vm为心室细胞跨膜电压，y为起搏电流的激活变量。作为进一步的技术方案，所述判断所述生物起搏器模型的电生理特性是否合格包括：根据表达式确定所述生物起搏器模拟模型中起搏细胞的电生理特性，其中，V为膜电位，t为时间，dV为对心室细胞跨膜电压V的积分，dt为对时间t的积分，Cm为细胞膜每单位面积的电容，Iion为所有跨膜电流总和；Iion＝INa+Ito+IKr+IKs+ICaL+INaCaIion表达式为：+INaK+IpCa+IpK+IbCa+IbNa+IX，其中，INa为快速钠电流，Ito为瞬时外向电流，IKr为快速延迟整流电流，IKs为慢延迟整流电流，ICaL为L型钙电流，INaCa为钠钙交换电流，INaK为钠钾泵电流，IpCa为钙泵电流，IpK为钾泵电流，IbCa为背景钙电流，IbNa为背景钠电流，IX为起搏靶向电流，IX表达式为：其中，α，β是修改IK1与If电流的参数；调整模型中α和β的值判断是否在心室肌细胞中诱导自发起搏行为；若判定诱导了自发起搏行为，则所述生物起搏器模型的电生理特性合格。本专利技术实施例的第二方面提供了一种生物起搏器模型构建装置，包括：钾电流离子通道模型构建模块，用于构建内向整流钾电流离子通道模型；起搏电流离子通道模型构建模块，用于构建起搏电流离子通道模型；生物起搏器模型生成模块，用于根据所述内向整流钾电流离子通道模型、所述起搏电流离子通道模型和预存的心室肌细胞膜上其他离子通道模型重构生成生物起搏器模型；电生理特性判断模块，用于判断所述生物起搏器模型的电生理特性是否合格；电生理特性判定合格模块，用于若所述生物起搏器模型的电生理特性合格，则判定所述生物起搏器模型构建成功。作为进一步的技术方案，所述装置还包括：生物起搏器模拟模型生成模块，用于将所述生物起搏器模型整合到预存的心室单细胞模型中形成生物起搏器模拟模型；钙电流获取模块，用于根据预存的仿真技术获取所述生物起搏器模拟模型中肌浆网漏电流流入细胞质内的第一钙电流和子空间钙泵电流流入细胞质内的第二钙电流；钙离子浓度判断模块，用于根据所述第一钙电流和所述第二钙电流判断所述生物起搏器模拟模型中细胞内钙离子浓度在预设时间后是否达到预设稳态；模型起搏成功认定模块，用于生物起搏器模拟模型中细胞内钙离子浓度在预设时间后达到预设稳态，则判定所述生物起搏器模型起搏成功。作为进一步的技术方案，所述装置还包括：起搏电流离子通道模型构建子模块，用于根据表达式构建所述内向整流钾电流离子通道模型，其中，IK1为内向整流钾电流，GK1为内向整流钾电流离子通道的电导，Ko为心室细胞外的钾离子浓度，K1∞为非时间依赖性的内向整流系数，Vm为心室细胞跨膜电压，E为钾通道的反转电位。本专利技术实施例的第三方面提供了一种生物起搏器模型构建终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的方法。本专利技术实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的方法。本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：采用上述方案后，通过将构建成功的内向整流钾电流离子通道模型、起搏电流离子通道模型与心室肌细胞膜上其他离子通道模型重构形成生物起搏通道模型，再将生物起搏通道模型整合到心室单细胞模型中形成生物起搏器模型，再根据电生理特性判断形成的生物起搏器模型是否构建成功，若成功，则能够直接定量地反应进行生物起搏器治疗后，心室肌细胞的动作电位变化情况，从细胞膜离子电流层面上解释生物起搏器疗法能够引起心室肌细胞产生自动节律的原因，并且研究多种离子通道对心室肌细胞起搏能力的影响，加快了生物起搏器进行应用的进程，对生物起搏器应用于临床有着重要的指导性意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物起搏器模型构建方法，其特征在于，包括：构建内向整流钾电流离子通道模型；构建起搏电流离子通道模型；根据所述内向整流钾电流离子通道模型、所述起搏电流离子通道模型和预存的心室肌细胞膜上其他离子通道模型重构生成生物起搏器模型；判断所述生物起搏器模型的电生理特性是否合格；若所述生物起搏器模型的电生理特性合格，则判定所述生物起搏器模型构建成功。

【技术特征摘要】
1.一种生物起搏器模型构建方法，其特征在于，包括：构建内向整流钾电流离子通道模型；构建起搏电流离子通道模型；根据所述内向整流钾电流离子通道模型、所述起搏电流离子通道模型和预存的心室肌细胞膜上其他离子通道模型重构生成生物起搏器模型；判断所述生物起搏器模型的电生理特性是否合格；若所述生物起搏器模型的电生理特性合格，则判定所述生物起搏器模型构建成功。2.如权利要求1所述的生物起搏器模型构建方法，其特征在于，还包括：将所述生物起搏器模型整合到预存的心室单细胞模型中形成生物起搏器模拟模型；根据预存的仿真技术获取所述生物起搏器模拟模型中肌浆网漏电流流入细胞质内的第一钙电流和子空间钙泵电流流入细胞质内的第二钙电流；根据所述第一钙电流和所述第二钙电流判断所述生物起搏器模拟模型中细胞内钙离子浓度在预设时间后是否达到预设稳态；若所述生物起搏器模拟模型中细胞内钙离子浓度在预设时间后达到预设稳态，则判定所述生物起搏器模型起搏成功。3.如权利要求1所述的生物起搏器模型构建方法，其特征在于，还包括：根据表达式构建所述内向整流钾电流离子通道模型，其中，IK1为内向整流钾电流，GK1为内向整流钾电流离子通道的电导，Ko为心室细胞外的钾离子浓度，K1∞为非时间依赖性的内向整流系数，Vm为心室细胞跨膜电压，E为钾通道的反转电位。4.如权利要求3所述的生物起搏器模型构建方法，其特征在于，还包括：根据表达式If＝If,Na+If,K；If,Na＝Gf,Na*y(Vm-ENa)；If,K＝Gf,K*y(Vm-EK)构建所述起搏电流离子通道模型，其中，If为起搏电流，If,Na为If电流对Na通透的离子通道电流，If,K为If电流对K通透的离子通道电流，Gf,Na为If,Na的最大电导值，Gf,K为If,K的最大电导值，ENa为钠离子的平衡电位，EK为钾离子的平衡电位，Vm为心室细胞跨膜电压，y为起搏电流的激活变量。5.如权利要求4所述的生物起搏器模型构建方法，其特征在于，所述判断所述生物起搏器模型的电生理特性是否合格包括：根据表达式确定所述生物起搏器模拟模型中起搏细胞的电生理特性，其中，V为膜电位，t为时间，dV为对心室细胞跨膜电压V的积分，dt为对时间t的积分，Cm为细胞膜每单位面积的电容，Iion为所有跨膜电流总和；Iion表达式为：其中，INa为快速钠电流，Ito为瞬时外向电流，IKr为快速延迟整流电流，IKs为慢延迟整流电流，ICaL为L型钙电流，INaCa...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒贵，李钦策，李娅聪，赵娜，隋海波，
申请(专利权)人：深圳市太空科技南方研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44