Aliev-panfilov modeli kullanarak kalbin elektriksel aktivitesinin 3-boyutlu simülasyonu

Abstract

Kalbin elektriksel aktivitesi ile ilgili veriler kalbin fonksiyonel durumu hakkında bilgi edinilmesini sağlar. Kalbin elektriksel aktivitesinin araştırılmasında deneysel ölçüm yöntemleri en çok kullanılan yöntemler olmalarına rağmen ölçümlerin yapılması sırasında girişimsellik, sınırlı konumsal çözünürlük ve etik problemler gibi sorunlar ortaya çıkmaktadır. Bu problemleri ortadan kaldıran matematiksel modellere dayalı yöntemler ise deneysel ölçümleri baz olarak kalbin elektriksel aktivitesini matematiksel ifadelerle ortaya koyarlar. Matematiksel modeller iyonik ve dokusal modeller olmak üzere ikiye ayrılır. İyonik modeller iyonik akımların dinamik davranışlarını ifade ederken dokusal modeller elektriksel yayılımı tanımlar. Bu çalışmada, dokusal modellerden biri olan Aliev-Panfilov modeli kullanarak kalbin elektriksel aktivitesinin 3-Boyutlu (3B) simülasyonu gerçekleştirilerek deneysel verilerle karşılaştırılması ortaya koyulmaktadır. Deneysel ölçümler ve simülasyonlar farklı köpek kalpleri üzerinde gerçekleştiği için köpek kalplerine geometri çakıştırma işlemi uygulanır. Sonuç olarak simülasyon verileri ile deneysel veriler arasında hata kriterleri hesaplanır. Bu hesaplama sonucunda; ilinti katsayısı (İK) için , hata karelerinin ortalamalarının karekökü (HKOK) için ve göreceli hata (GH) için değerleri bulunmuştur. Deneysel veriler kendi içerisinde karşılaştırıldığında İK için , HKOK için ve GH için değerleri bulunmuştur. Bu sonuçlar Aliev-Panfilov modelinin kalbin 3B elektriksel faaliyetinin simülasyonunda kullanılabilirliğini göstermektedir. The functional status of the heart can be investigated through mapping its electrical activity. Although the experimental methods are popular in mapping the electrical activity, ethical problems, limited spatial resolution, and high invasiveness make them difficult to be applied. In order to overcome these problems, mathematical models are developed. Ionic and tissue models are the two main mathematical approaches for electrical modeling of the heart. While ionic models describe the dynamic behavior of the ionic currents, tissue models focus on the cardiac wavefront propagation. In this work, a computer simulation is performed for the three-dimensional (3D) activity of the heart using Aliev-Panfilov model, which is one of the tissue models. Once the simulation results are obtained and then, they are compared with experimental measurements coming from the different dog hearts. Because the heart geometries used in the experimental measurements and simulations are from different dogs, a geometric registration procedure is applied for proper comparison. Several error criteria between the simulation results and experimental data are computed such as correlation coefficient (CC), root mean squares error (RMSE), and relative error (RE). The comparison of these results shows that CC is , RMSE is and RE is . The comparison of experimental results from different dogs indicates that CC is , RMSE is and RE is . These results show the feasibility of Aliev-Panfilov model for the simulation of 3D electrical activity of the heart.