인간 심근세포 모델을 이용한 2차원 심실조직의 회귀성 파동에 따른 심자도 패턴

초록

본 연구에서는 심근 외막의 심근세포에 대한 2차원 조직모델을 사용하여 회귀성 파동 (re-entry wave) 해석과 회귀성 파동이 발생시키는 자기장 맵의 패턴에 대해 논의한다. 심실 허혈로부터 비롯한 회귀성 파동은 심실 세동 (ventricular fibrillation)을 유발하여 심장정지에 의한 돌연사에 이르게 되는 원인으로 지목되고 있다. 최근 심자도 (Magnetocardiograph; MCG)가 관상동맥질환 등으로 인한 심근 허혈의 조기진단에 매우 유용한 것으로 보고되고 있다. 하지만 심자도에서 심근 허혈을 판단하기 위한 임상 파라메터의 개발은 여전히 진행 중이고, 최적의 파라메터 개발을 위해서는 회귀성 파동이 발생시키는 자기장의 형태에 대한 이해가 선행되어야 한다. 이를 위해서 Ten Tusscher 등에 의해 제안된 인체 심근세포모델을 사용하여 심근조직을 구성하였다. 여기에서는 2차원 사각조직에서 활동전위 전도현상을 시뮬레이션 하기 위해서 Simplified bidomain method를 사용하였다. 공간적 이산화 (spatial discretization)를 위하여 Galerkin method를 이용한 유한요소정식화 기법을 적용하였다. 심실전도해석에 있어서, S1-S2 restitution protocol을 사용하여 회귀성 파동을 유도하였다. 2차원 심장 조직에서 회귀성 파동에 따라 발생되는 자기장 패턴은 Horizontally layered conductor 모델을 사용하여 가상의 센서의 위치를 계산하였으며, 가상 센서에 의해 전류 원으로부터 발생한 자기장이 계산되었다. 본 연구에서 심근 세포 전기생리학적 계산 결과는 기존의 결과와 잘 일치하였다. 먼저 정상적인 파동전파와 회귀성 파동전파 시의 활동전위 (Action Potential), 심전도 (Electrocardiograph; ECG)신호, 한 센서에서 측정된 자기장의 크기변화를 비교하였다. 아울러 파동의 시간적 변화와 전류의 방향과 크기에 따른 자기장 맵의 패턴의 변화를 분석하였다.

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