丹尼尔Mocanu1约阿希姆·凯滕巴赫2迈克尔·o·斯威尼3布鲁斯·h·肯奈特4罗恩·基尼斯2所罗门·r·艾森伯格1
1波士顿大学生物医学工程系，美国马萨诸塞州波士顿
2手术计划实验室；布里格姆妇女医院，波士顿，马萨诸塞州，美国
3美国马萨诸塞州波士顿布里格姆妇女医院心脏科
4 Guidant/CPI治疗澳门威尼斯人注册网站研究部，美国明尼苏达州圣保罗市
介绍
植入式心律转复除颤器（ICD）是一种复杂的电子设备，旨在通过施加各种强度的电击来感知危及生命的心律失常并恢复正常的窦性心律。在心室颤动（VF）的情况下，能量冲击最高。在标准配置中，ICD通过手术皮下植入患者胸部，在上腔静脉（SVC）和右心室（RV）插入两个导管电极（图1）。通常，冲击能量通过双电流途径从RV电极传递到SVC电极和ICD的金属外壳（CAN）。
特定的目标
本澳门威尼斯人注册网站研究的主要目的是通过比较患者特异性模拟和临床测量的除颤能量阈值，评估患者特异性经静脉除颤计算模型的预测能力。第二个目标是开发先进的计算机可视化工具，用于分析除颤冲击期间的电场分布。
澳门威尼斯人注册网站研究协议
招募9例植入ICD的患者。每位患者在植入后用CT扫描成像。胸部的分段横断CT图像（图2）。基于分割图像构建计算模型。求解电场（电流密度）分布。比较临床和模拟除颤阈值能量。可视化除颤电击时的模拟电场分布。
a) CT图像
B)组织边界识别
C)组织分类
d)胸部解剖三维重建
计算模型
计算模型使用结构化网格算法构建，其中将分割数据集中的每个体素定义为计算模型中的体元。除颤电击产生的电势Φ由椭圆偏微分方程控制：
-
∇
σ∇Φ = 0（方程1）
受边界条件限制：
- i)电极上的恒电位（狄利克雷）；
- ii)胸表面无电流通量（诺伊曼均匀）。
IBM-BU除颤演示
IBM T. J. Watson澳门威尼斯人注册网站研究中心的Greg Abram和IBM生命科学的Maria Iordache与波士顿大学科学计算和可视化小组的成员合作开发了一个用于澳门威尼斯人注册网站研究植入电极放置效果的交互式演示。演示由两个主要部分组成：一个可视化应用程序和一个有限元求解器。
可视化应用程序允许用户控制特征显示（心脏，肺，骨骼等），虚拟摄像机位置和除颤器电极位置。电场由势场梯度中的流线表示（图3）。该应用程序在红帽Linux下的IBM Pentium 4 IntelliStation上运行，构建在定制版本的OpenDX上，并可以呈现给波士顿大学的深度视觉显示墙。
有限元求解器在32个处理器的IBM pSeries 690系统上运行。利用IBM T.J. Watson澳门威尼斯人注册网站研究中心开发的并行线性方程求解器WSMP求解式(1)。可视化应用程序和求解程序之间的通信使用TCP/IP上的标准Unix套接字。
下面的MPEG视频展示了除颤休克过程中360度旋转的三维胸腔解剖重建和模拟电通路。（3.7 MB MPEG或更高分辨率11.6MB MPEG）
总结
患者特定的除颤计算模型提供了澳门威尼斯人注册电击电场与个体患者解剖特征之间相互作用的新见解，并且可以通过提供成功除颤的个体能量需求的估计来用于ICD植入的术前计划。
计算模型还允许电场分布的可视化，并可作为一个方便的试验台，以评估新的电极配置。
致谢
这项澳门威尼斯人注册网站研究是由心脏起搏器公司，St. Paul， MN和波士顿大学受托人资助的。波士顿大学科学计算和可视化小组提供的出色支持也得到了认可。