心脏电除颤建模与仿真及除颤电极系统的优化研究

心脏电除颤是临床上唯一可靠并被广泛使用的室颤转复方法。然而，除颤效果至今仍不够理想、小儿和部分先心病患者的体内除颤器植入仍很复杂。电击除颤时，心脏区域电场的分布状况直接决定着一次除颤成功与否。针对现有除颤仿真缺少临床针对性，而单纯的动物实验又存在较大盲目性。本项目结合体外和体内电除颤方法的临床应用问题，从除颤电场分布及除颤效果评估角度开展建模仿真及动物实验研究，并着重对除颤电极系统进行优化：即建立真实的心脏电除颤三维模型及集成化的电除颤建模与仿真环境；通过仿真分析与动物实验对比，设计一套科学的除颤效能多参数预估方法；针对体内电除颤的个体差异性，提出一种电极系统术前除颤效果优化与预估方法，对待植入的电极系统进行优化，并探讨一套适用多种场合的体外除颤电极模式。将本项目的研究成果回归用于实践，有助于解决现有体内除颤器植入个性化和体外除颤器使用公众化所遇到的相关难题，具有重要的科学意义和临床价值。

心脏电除颤是临床上唯一可靠并被广泛使用的室颤转复方法，然而，除颤效果至今仍不够理想。电击除颤时，心脏区域电场的分布状况直接决定着一次除颤成功与否。本项目结合体外电除颤方法的临床应用问题，从除颤电场分布及除颤效果评估角度开展建模仿真及动物实验研究，并着重对除颤电极系统进行优化。主要研究成果包括：（1）针对现有除颤仿真缺少临床针对性，而单纯的动物实验又存在较大盲目性，建立起了基于真实的心脏电除颤三维模型及集成化的电除颤建模与仿真方法；（2）针对高压电击除颤可能对患者的皮肤和心肌造成伤害，提出了降低除颤能量、改善除颤效果的除颤放电电流路径优化方案，包括首次提出的“立体模式”除颤电极对体表贴放位置（22种）、以及除颤电极大小（12～176 cm2）和形状（圆形、方形和椭圆形）的优化，结果显示电极分别贴放于右前胸第1到第3肋骨——左腋中线第9肋骨区（U8-D3）的除颤电量阈值最低，且优于已有文献报道的左前胸位置——右后背位置（M2-M6）；（3）在仿真评估和优化的基础上，设计并开展了大量电除颤动物实验（成功3例），试验了除颤电极贴放位置与除颤电量阈值的关系，动物实验结果与数值仿真结果的一致一方面证实了仿真分析所得的最佳电极位置的正确性，另一方面也验证了本研究建立起的电除颤数值建模与仿真分析方法的可行性。将本项目的研究方法和研究成果回归用于实践，有助于增强心脏电除颤的机制认识和解决现有体外除颤器使用公众化所遇到的相关难题，具有重要的科学意义和临床价值。