心肌细胞电生理仿真计算引擎自动生成的研究与实现

论文摘要

随着生命科学的发展,人类越来越关注于对自身的认识。计算机技术的发展使得研究人员可以通过建立生物体各级生理对象的数学模型的方式来研究其生理学过程,大大推动了人类对生命科学的研究。其中心肌细胞电生理仿真研究就是针对心脏研究中一个很重要的部分。心肌细胞电生理仿真的研究以心肌细胞电生理模型为基础。传统的心肌细胞电生理仿真系统是由程序员在心肌细胞电生理研究人员的指导下完成的,程序员手工实现仿真系统。由于程序员对心肌细胞电生理知识匮乏,往往导致仿真系统开发失败。由于仿真系统构建的复杂与繁琐,许多新提出的心肌细胞电生理模型很难准确的应用于心肌细胞电生理仿真研究中,传统方法存在着许多不足之处。本文研究了传统心肌细胞电生理仿真的实现过程,并通过对多种心肌细胞电生理模型的分析比较,挖掘其中的内在规律,获得它们共同的特性,提出了心肌细胞电生理仿真计算引擎的概念,实现了自动化的心肌细胞电生理仿真过程。心肌细胞电生理仿真计算引擎自动生成的研究以心肌细胞电生理模型的一种通用表达方式为基础,通过自动化生成过程,完成心肌细胞电生理仿真计算引擎的生成。这种心肌细胞电生理自动化仿真过程的实现大大简化了心肌细胞电生理模型到计算机仿真程序的转化,并保证了所构造的心肌细胞电生理仿真过程可以准确的表达所对应的数学模型。文本还实现了心肌细胞电生理仿真计算引擎自动生成系统,对多种心肌细胞电生理仿真过程进行了测试,测试结果表明心肌细胞电生理仿真的自动化过程是准确有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、目的与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容及组织结构
• 1.3.1 本文的主要研究内容
• 1.3.2 本论文的组织结构
• 1.4 本章小结
• 第2章 心肌细胞电生理仿真基础
• 2.1 电生理学基础
• 2.1.1 心肌细胞基础知识
• 2.1.2 细胞电活动特性
• 2.1.3 离子通道基本原理
• 2.2 电生理仿真与模型
• 2.2.1 仿真实验原理
• 2.2.2 电生理模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 计算引擎自动生成研究
• 3.1 计算引擎
• 3.1.1 计算引擎的概念与特点
• 3.1.2 计算引擎自动生成的研究过程
• 3.2 计算引擎的仿真过程分析
• 3.2.1 动作电位仿真
• 3.2.2 电流-电位关系仿真
• 3.2.3 通道控制参数仿真
• 3.3 计算引擎表述的电生理模型分析
• 3.3.1 模型的特性
• 3.3.2 模型通用表达方法
• 3.3.3 MCML描述的模型结构分析
• 3.3.4 模型中数学公式的解析与编辑
• 3.4 本章小结
• 第4章 计算引擎自动生成系统的设计
• 4.1 自动生成系统的需求分析
• 4.2 系统总体架构设计
• 4.3 系统功能设计
• 4.3.1 MCML文档正确性检测模块
• 4.3.2 文档解析模块
• 4.3.3 元数据处理模块
• 4.3.4 计算引擎生成模块
• 4.3.5 计算引擎模块
• 4.4 本章小结
• 第5章 计算引擎自动生成系统的实现与应用测试
• 5.1 开发工具与开发环境
• 5.2 系统关键部分的实现
• 5.2.1 模型的解析
• 5.2.2 微分方程的解析
• 5.2.3 计算引擎的实现
• 5.2.4 计算引擎生成的实现
• 5.3 仿真应用测试
• 5.3.1 计算引擎的应用
• 5.3.2 动作电位仿真测试
• 5.3.3 电流-电位关系仿真测试
• 5.3.4 通道控制参数仿真测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢