心脏生物起搏器、计算模型构建方法、仿真方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种心脏生物起搏器、计算模型构建方法、仿真方法及装置，属于生物治疗技术领域。心脏生物起搏器包括异型间隙连接蛋白，构建了非线性整流耦合电导模型，并基于该电导模型构建了心脏生物起搏器计算模型，进一步的基于该心脏生物起搏器计算模型和仿真模型模拟心脏生物起搏器驱动心肌组织的电传导过程。在生物起搏细胞和非自律心肌细胞之间通过异型连接蛋白构建具有整流特性的电耦合。生物起搏细胞可免受周围非自律细胞动作电位的影响，保障自身的起搏功能；同时，自动去极化电位仍能够高效传导到相邻细胞，以驱动相邻的心肌细胞进行去极化。使得少量的起搏细胞即可驱动大量的心肌细胞，大大提升了生物起搏器的驱动效率和稳定性。动效率和稳定性。动效率和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
心脏生物起搏器、计算模型构建方法、仿真方法及装置


[0001]本专利技术涉及计算心脏学领域，尤其涉及一种心脏生物起搏器、计算模型构建方法、仿真方法及装置。

技术介绍

[0002]生物起搏器是一种心脏起搏功能障碍的新型治疗手段。相比于传统的电子起搏器，其优点是能够对人体的情绪、激素水平等做出自主响应，使患者预后效果更好。
[0003]目前，生物起搏器通常通过对非自律心肌细胞进行基因改造而得，使其产生自律性；将基因重编辑产生的自律心肌细胞与普通非自律心肌细胞进行共同培养，使二者通过间隙连接蛋白进行电耦合，从而使能自动起搏的自律细胞驱动非自律细胞进行规律的起搏，实现生物起搏器疗法。
[0004]但是，上述生物起搏器疗法中，起搏细胞容易受到心肌细胞的影响而不能维持自身的自律性，使得生物起搏器功能受损。在起搏细胞能够正常起搏的条件下，驱动普通非自律心肌细胞所需要的起搏细胞数量较多，导致生物起搏器驱动效率低下，使得生物起搏器的安全性较低，无法在临床中使用。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了如下技术方案。
[0006]本专利技术一方面提供了一种心脏生物起搏器，该心脏生物起搏器包括异型间隙连接蛋白；
[0007]所述异型间隙连接蛋白由起搏细胞和与该起搏细胞相邻的心肌细胞分别提供的半通道组成，以使所述心脏生物起搏器具备非线性整流耦合特性。
[0008]优选地，所述心肌细胞包括：心房细胞、心室细胞或房室结细胞。
[0009]优选地，若所述起搏细胞表达连接蛋白Cx45；则所述心肌细胞表达连接蛋白Cx43。
[0010]优选地，若所述起搏细胞表达连接蛋白Cx40；则所述心肌细胞表达连接蛋白Cx43和/或连接蛋白Cx45。
[0011]本专利技术第二方面提供了一种心脏生物起搏器计算模型构建方法，包括：
[0012]构建适用于包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器的非线性整流耦合电导模型，其中，该包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器包括：如第一方面所述的心脏生物起搏器；
[0013]基于所述非线性整流耦合电导模型构建心脏生物起搏器计算模型，以基于该心脏生物起搏器计算模型模拟所述心脏生物起搏器驱动心肌组织的电传导过程。
[0014]优选地，所述构建适用于包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器的非线性整流耦合电导模型，包括：
[0015]获取细胞间异型整流连接蛋白的电导数据；
[0016]定义两个相邻细胞的电位差V
gap
：
[0017]V
gap
＝V
PM
‑
V
CM
ꢀꢀꢀ
(公式一)
[0018]在公式一中，V
PM
为起搏细胞的电位，V
CM
为心肌细胞的电位；
[0019]根据所述细胞间异型整流连接蛋白的电导数据拟合得到整流耦合连接的电导值G，以生成所述非线性整流耦合电导模型：
[0020][0021]在公式二中，g
min，PM
、A
PM
、V
h，PM
、g
min，CM
、A
CM
及V
h，CM
为玻尔兹曼常量，下标PM表示起搏细胞的半通道，下标CM表示与起搏细胞相邻的心肌细胞的半通道。
[0022]优选地，对于二维心脏组织，所述心脏生物起搏器计算模型包括：
[0023][0024]其中：
[0025][0026][0027]在公式三至公式五中，V表示细胞内电压，t表示时间，I
ion
表示细胞膜离子通道电流的总和，C
m
表示细胞膜电容，D表示扩散系数，x、y分别表示二维心脏组织的两个轴向。
[0028]优选地，对于三维心脏组织，所述心脏生物起搏器计算模型包括：
[0029][0030]其中：
[0031][0032][0033]在公式四至公式六中，V表示细胞内电压，t表示时间，I
ion
表示细胞膜离子通道电流的总和，C
m
表示细胞膜电容，D表示扩散系数，x、y、z分别表示三维心脏组织的三个轴向。
[0034]本专利技术第三方面提供了一种心脏生物起搏器仿真方法，包括：
[0035]构建包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器的仿真模型，其中，所述包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器包括：如第一方面所述的心脏生物起搏器；
[0036]采用所述仿真模型以及心脏生物起搏器计算模型，模拟包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器驱动心肌组织的电传导过程；其中，所述心脏生物起搏器计算模型预先基于如第二方面所述的心脏生物起搏器计算模型构建方法构建而得。
[0037]优选地，所述仿真模型包括：起搏器组织和心肌组织；
[0038]所述起搏器组织由多个起搏细胞组成，且各个所述起搏细胞之间采用线性非整流耦合方式连接；
[0039]所述心肌组织由多个心肌细胞组成，且各个所述心肌细胞之间采用线性非整流耦
合方式连接；
[0040]所述起搏器组织和心肌组织之间采用非线性整流耦合方式连接。
[0041]优选地，所述采用所述仿真模型以及心脏生物起搏器计算模型，模拟包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器驱动心肌组织的电传导过程，包括：
[0042]分别在不同参数条件下，以非线性整流耦合方式在所述心脏生物起搏器仿真模型中进行仿真，并基于所述心脏生物起搏器计算模型，计算不同参数条件下所得到的心脏生物起搏器驱动性能结果；
[0043]其中，不同所述参数条件包括：g
min，PM
、A
PM
、V
h，PM
、g
min，CM
、A
CM
、V
h，CM
中的任意组合；
[0044]g
min，PM
、A
PM
、V
h，PM
、g
min，CM
、A
CM
、V
h，CM
为玻尔兹曼常量，下标PM表示起搏细胞的半通道，下标CM表示与起搏细胞相邻的心肌细胞的半通道。
[0045]本专利技术第四方面提供了一种心脏生物起搏器计算模型构建装置，包括：
[0046]非线性整流耦合电导模型构建模块，用于构建适用于包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器的非线性整流耦合电导模型，其中，该包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器包括：第一方面所述的心脏生物起搏器；
[0047]心脏生物起搏器计算模型构建模块，用于基于所述非线性整流耦合电导模型构建心脏生物起搏器计算模型，以基于该心脏生物起搏器计算模型模拟所述心脏生物起搏器驱动心肌组织的电传导过程。
[0048]本专利技术第五方面提供了一种存储器，其特征在于，存储有多条指令，所述指令用于实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种心脏生物起搏器，其特征在于，该心脏生物起搏器包括异型间隙连接蛋白；所述异型间隙连接蛋白由起搏细胞和与该起搏细胞相邻的心肌细胞分别提供的半通道组成，以使所述心脏生物起搏器具备非线性整流耦合特性。2.如权利要求1所述的心脏生物起搏器，其特征在于，所述心肌细胞包括：心房细胞、心室细胞或房室结细胞。3.如权利要求1所述的心脏生物起搏器，其特征在于，若所述起搏细胞表达连接蛋白Cx45；则所述心肌细胞表达连接蛋白Cx43。4.如权利要求1所述的心脏生物起搏器，其特征在于，若所述起搏细胞表达连接蛋白Cx40；则所述心肌细胞表达连接蛋白Cx43和/或连接蛋白Cx45。5.一种心脏生物起搏器计算模型构建方法，其特征在于，包括：构建适用于包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器的非线性整流耦合电导模型，其中，该包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器包括：如权利要求1至4任一项所述的心脏生物起搏器；基于所述非线性整流耦合电导模型构建心脏生物起搏器计算模型，以基于该心脏生物起搏器计算模型模拟所述心脏生物起搏器驱动心肌组织的电传导过程。6.如权利要求5所述的心脏生物起搏器计算模型构建方法，其特征在于，所述构建适用于包括异型间隙连接蛋白的心脏生物起搏器的非线性整流耦合电导模型，包括：获取细胞间异型整流连接蛋白的电导数据；定义两个相邻细胞的电位差V
gap
：V
gap
＝V
PM
‑
V
CM
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式一)在公式一中，V
PM
为起搏细胞的电位，V
CM
为心肌细胞的电位；根据所述细胞间异型整流连接蛋白的电导数据拟合得到整流耦合连接的电导值G，以生成所述非线性整流耦合电导模型：在公式二中，g
min,PM
、A
PM
、V
h,PM
、g
min,CM
、A
CM
及V
h,CM
为玻尔兹曼常量，下标PM表示起搏细胞的半通道，下标CM表示与起搏细胞相邻的心肌细胞的半通道。7.如权利要求6所述的心脏生物起搏器计算模型构建方法，其特征在于，对于二维心脏组织，所述心脏生物起搏器计算模型包括：其中：其中：在公式三至公式五中，V表示细胞内电压，t表示时间，I
ion
表示细胞膜离子通道电流的总和，C
m
表示细胞膜电容，D表示扩散系数，x、y分别表示二维心脏组织的两个轴向。
8.如权利要求6所述的心脏生物起搏器计算模型构建方法，其特征在于，对于三维心脏组织，所述心脏生物起搏器计算模型包括：其中：其中：在公式四至公式六中，V表示细胞内电压，t表示时间，I
ion
表示细胞膜离子通道电流的总和，C
m
表示细胞膜电容，D表示扩散系数，x、y、z分别表示三维心脏组织的三个轴向。9.一种心脏生物起搏器仿真方法，其特征在于，包括：构建包...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娅聪，张恒贵，黄铁军，
申请(专利权)人：北京智源人工智能研究院，
类型：发明
国别省市：