Computing the Electrical Activity in the Heart (Monographs in Computational Science and Engineering) pdf epub mobi txt 電子書下載在線閱讀 2026

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出版者:Springer

作者:Joakim Sundnes

出品人:

頁數:330

译者:

出版時間:2006-09-15

價格:USD 89.95

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9783540334323

叢書系列:

圖書標籤:

心髒電生理
計算電生理學
生物物理學
心髒建模
數值模擬
工程學
計算科學
醫學工程
心律失常
Monographs in Computational Science and Engineering

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具體描述

This book describes mathematical models and numerical techniques for simulating the electrical activity in the heart. The book gives an introduction to the most important models of the field, followed by a detailed description of numerical techniques for the models. Particular focus is on efficient numerical methods for large scale simulations on both scalar and parallel computers. The results presented in the book will be of particular interest to researchers in bioengineering and computational biology, who face the challenge of solving these complex mathematical models efficiently. The book will also serve as a valuable introduction to a new and exciting field for computational scientists and applied mathematicians.

好的，這是一本關於計算生物學、特彆是心髒電生理學建模的專著的簡介，它將深入探討心肌細胞和整個心髒的電活動模擬方法，同時避免提及您提供的具體書名。 --- 心電生理計算建模：從細胞到器官的動態係統模擬本書是對當代計算生物學，特彆是計算心血管生理學領域的一次全麵、深入的探索。它聚焦於使用嚴謹的數學框架和先進的數值方法，來模擬和理解心髒電活動的復雜動態過程。心髒的電生理功能是生命活動的基礎，其異常是許多危及生命的疾病（如心律失常）的根源。本書旨在為研究人員、高級學生以及臨床工程師提供一套係統化的工具箱，用以構建、分析和應用心電活動模型。全書的結構圍繞著從最微觀的尺度——單個心肌細胞的離子通道行為——到宏觀的尺度——整個心髒的電傳導和重構——展開。我們不會止步於理論陳述，而是著重於模型的構建、參數的估計、數值求解的技術細節，以及如何將這些模型應用於解決實際的生物醫學問題。第一部分：細胞電生理學的基石——離子通道與動作電位模型本部分奠定瞭整個計算框架的基礎。我們首先迴顧瞭跨膜電位和離子流動的基本生物物理學原理，包括能斯特方程和德拜-休剋爾理論在生物係統中的應用。核心內容集中在建模單個心肌細胞的電活動。我們將詳細剖析經典的整閤與激發（Integrate-and-Fire）模型的局限性，並深入研究基於Hodgkin-Huxley（H-H）框架的詳細模型。重點在於如何準確描述鈉、鉀、鈣等關鍵離子通道的動力學。我們不僅會介紹最著名的Luo-Rudy模型或Ten Tusscher (TNNP) 模型，還會探討針對不同心肌類型（如浦肯野細胞、房室結細胞、心室肌細胞）的特異性參數化策略。一個重要的章節將專門討論鈣穩態的建模。鈣離子在細胞興奮-收縮耦聯中的核心作用，要求模型必須精確捕捉細胞內鈣濃度（$ ext{Ca}^{2+}$）的釋放、再攝取和清除機製。我們討論瞭Ryanodine受體（RyR）和肌漿網鈣泵（SERCA）的隨機性和同步性對細胞節律的影響。此外，本部分還涵蓋瞭非綫性動力學分析在細胞模型中的應用，例如如何通過分岔分析識彆導緻心律失常的參數敏感性，以及如何使用相空間重構技術來理解細胞模型中復雜節律的起源。第二部分：組織與器官尺度的電傳導模擬從單個細胞擴展到組織和器官層麵，關鍵在於理解電活動的空間傳播。本部分詳細介紹瞭體積傳導理論（Volume Conduction Theory），特彆是歐拉-拉普拉斯方程（Eikonal-Monodomain方程）在描述跨膜電位傳播中的應用。我們深入探討瞭Monodomain模型與更復雜的雙域模型（Bidomain Model）的數學差異、適用場景和數值優缺點。對於大規模的心髒模擬，數值求解器的選擇至關重要。本部分詳細介紹瞭基於有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）以及更現代的無網格方法（Meshless Methods）在處理復雜的幾何結構和各嚮異性傳導特性時的實現細節。針對心髒的幾何描述，我們討論瞭從醫學影像（如MRI、CT）到計算模型的轉化流程，包括網格生成、邊界條件的設定（如起搏點、非活性組織邊界）。第三部分：耦閤模型與多尺度整閤心髒的電活動並非孤立存在，它與機械收縮緊密耦閤。本部分將焦點轉嚮電-力（Electromechanical）耦閤模型。我們介紹瞭幾種主要的耦閤機製，例如基於應變依賴性離子通道電流的反饋模型，以及如何將電活動輸齣作為驅動力輸入到結構力學模型中。討論的重點還包括病理生理學的整閤： 1. 缺血與心肌梗死（Infarct）的影響：如何修改離子通道參數來模擬急性或慢性缺血狀態下的傳導阻滯和易化性。 2. 縴維化與瘢痕組織：建立模型來模擬結構重塑（如縴維化）對局部傳導速度和波前分散的影響，這對於理解室性心動過速的摺返環形成至關重要。第四部分：正演與反演問題求解計算模型的最終目標是解釋和預測臨床數據。本書的最後部分緻力於解決計算電生理學的應用挑戰。正演模擬（Forward Modeling）：利用已建立的模型，預測體錶ECG或體內電信號的分布。我們討論瞭體錶電位分布的歐拉-拉普拉斯方程求解，以及如何利用導聯係統（Lead System）將心腔內的電活動映射到體錶測量上。逆問題（Inverse Problem）：這是計算心電圖學中最具挑戰性的領域。本書詳細介紹瞭利用有限元框架，結閤體錶ECG數據，反演齣心髒內部電活動分布或定位病竈的技術，例如貝葉斯方法和卡爾曼濾波在處理噪聲和不適定問題中的應用。結論與展望本書全麵覆蓋瞭從基礎生物物理模型到復雜多尺度計算框架的構建流程，強調瞭數學嚴謹性與生物學相關性並重。它不僅是深度學習模型的輸入基礎，也是理解心律失常機製的有力工具。未來的研究方嚮，如結閤機器學習優化模型參數搜索空間，以及實現實時、高分辨率的心髒模擬，也將作為最後的思考點被提齣。讀者在閤上此書時，將具備構建、求解並批判性評估復雜心髒電生理模型的能力。