Powrót
Dynamika fal spiralnych w przedsionku serca jako niejednorodnym ośrodku aktywnym
Abstract
Spiral wave is a characteristic form of activity found in excitable media such as Belousov- Zhabotinsky reaction or heart muscle. Spiral wave in elcctrical activity of the heart muscle underlies several types of the heart arrhythmias. Deep understanding of its dynamics is necessary in development of existing and creation of new diagnostic tools and treatment methods. Spiral wave dynamics in homogeneous media was intensively investigated in last decades. However, heart muscle is inhomogencous and several experimental studies clearly show key role of the inhomogeneity in dynamics of the spiral wave. The main aim of this work is analysis of the influence of the inhomogeneity on spiral wave dynamics. Two models of the excitable media were used: FitzHugh-Nagumo (FHN) model and Greenberg-Hastings (GH) cellular automaton. Inhomogeneity in FHN model was introduced by addition of the noise or spatial dependency to local level of the conduction anisotropy. Inhomogeneity in GH model was introduced by addition of the noise to duration of the activity of each cell. Analysis focused on the influence of the inhomogeneity on spiral wave breakup, trajectory and termination. Analysis of the number of independent wavelets during spiral wave breakup in presence of the noise in conduction anisotropy level showed presence of the antistochastic resonance. Low or high intensity of the noise resulted in, respectively, termination or stable propagation of the spiral wave. For intermediate values of the noise intensity, spiral wave broke up into several independent spiral waves or waves circulating around conduction obstacles. Superposition of the two perpendicular gradients of the anisotropy conduction level in the FHN model resulted in creation of the potential well attracting spiral waves. Potential of the attracting force was a square function of the distance from the center of the well. Such structure stabilizes spiral wave, decreasing probability of its termination or breakup. Inhomogeneity of the activity duration in GH model resulted in shift of the spiral wave tip during propagation. In some cases shift of the tip was large enough to lead to collision with the edge of the system and resulting in termination of the spiral wave. Results obtained in this work show key role of the inhomogeneity in spiral wave dynamics. In general, inhomogeneity may lead to increase (through breakup), stabilization (binding spiral wave in potential well) or decrease (through termination) of the number of the spiral waves. Such variety of the inhomogeneity effect on stability of the spiral wave shows its potential value in practical applications, especially in diagnosis and treatment of the heart arrhythmias.- Identyfikator pozycji
- WUT284801
- Rodzaj dyplomu
- Praca doktorska
- Autor
- Tytuł w języku polskim
- Dynamika fal spiralnych w przedsionku serca jako niejednorodnym ośrodku aktywnym
- Język
- (pl) polski
- Jednostka dyplomująca
- Wydział Fizyki (WF)
- Dyscyplina nauki
- fizyka / dziedzina nauk fizycznych / obszar nauk ścisłych
- Status pracy
- Obroniona
- Data obrony
- 28-03-2008
- Data nadania stopnia
- 24-04-2008
- Promotor
- Recenzenci wewnętrzni
- Recenzenci zewnętrzni
- Paginacja
- 134
- Słowa kluczowe w języku polskim
- kardiologia, zjawiska falowe, diagnostyka medyczna, symulacja numeryczna, programy komputerowe
- Streszczenie w języku polskim
- Fala spiralna jest charakterystyczną formą aktywności obserwowaną w ośrodkach aktywnych takich jak reakcja Biełusowa-Żabotyńskiego czy mięsień sercowy. W mięśniu sercowym fala spiralna jest podłożem wielu rodzajów arytmii. Zrozumienie jej dynamiki jest kluczowe w udoskonalaniu istniejących i projektowaniu nowych metod diagnostycznych i terapeutycznych. Dynamika fali spiralnej w ośrodku jednorodnym została szeroko zbadana na przestrzeni ostatnich dekad. Mięsień sercowy jest jednak ośrodkiem niejednorodnym i badania eksperymentalne coraz wyraźniej pokazują istotny wpływ niejednorodności na dynamikę fali spiralnej. Celem niniejszej rozprawy jest analiza wpływu niejednorodności ośrodka na dynamikę fali spiralnej. Ośrodek aktywny modelowano przy użyciu dwóch modeli: modelu FitzHugh- Nagumo (FHN) oraz modelu Greenberga-Hastingsa (GH). W modelu FHN niejednorodność wprowadzano poprzez wprowadzenie szumu bądź zależności przestrzennej do lokalnego stopnia anizotropii przewodzenia. W modelu GH niejednorodność wprowadzono poprzez dodanie szumu do czasu trwania aktywności w każdym elemencie układu. Badany był wpływ niejednorodności na rozpad fali spiralnej, trajektorię jej ruchu oraz zanik. Analiza liczby odrębnych fragmentów na jakie rozpadała się fala spiralna w układzie z wprowadzonym szumem do stopnia anizotropii wykazała istnienie antyrezonansu stochastycznego. Dla niskiego lub wysokiego poziomu szumu otrzymano odpowiednio zanik oraz stabilną propagację fali spiralnej. Dla wartości pośrednich fala spiralna rozpadała się na szereg niezależnych fal spiralnych bądź fal krążących. Wprowadzenie do układu dwóch prostopadłych gradientów stopnia anizotropii doprowadziło do uzyskania studni potencjału przyciągającej fale spiralne z potencjałem zależnym kwadratowo od odległości. Struktura taka stabilizuje falę spiralną zmniejszając prawdopodobieństwo rozpadu bądź zaniku fali. Wprowadzenie niejednorodności do czasu trwania aktywacji w modelu GH powodowało przesunięcie wierzchołka fali spiralnej w trakcie propagacji fali. Przy odpowiednim układzie niejednorodności przesunięcie wierzchołka było na tyle duże, że prowadziło do kolizji z krawędzią układu i następującym wówczas zanikiem fali. Wyniki otrzymane w niniejszej rozprawie ukazują istotny wpływ niejednorodności na dynamikę fali spiralnej. Określony rodzaj i rozkład przestrzenny niejednorodności może zwiększać (poprzez rozpad), stabilizować (wiążąc w studni potencjału), bądź zmniejszać (doprowadzając do zaniku w wyniku kolizji z krawędzią układu) liczbę fal spiralnych. Różnorodność wpływu niejednorodności na stabilność fali spiralnej ukazuje potencjał związany z zastosowaniami praktycznymi, zwłaszcza w diagnostyce i leczeniu arytmii w mięśniu sercowym.
- Plik pracy
-
- Plik: 1
- Kuklik.pdf
-
- Jednolity identyfikator zasobu
- https://repo.pw.edu.pl/info/phd/WUT284801/
- URN
urn:pw-repo:WUT284801