Alıev-panfılov modeli kullanarak kalbin elektriksel aktivitesinin 3-boyutlu simülasyonu

Abstract

ÖZALIEV-PANFILOV MODELİ KULLANARAK KALBİN ELEKTRİKSELAKTİVİTESİNİN 3-BOYUTLU SİMÜLASYONUUğur CUNEDİOĞLUBaşkent Üniversitesi Fen Bilimleri EnstitüsüBiyomedikal Mühendisliği Anabilim DalıKalbin elektriksel aktivitesi ile ilgili veriler kalbin fonksiyonel durumu hakkında bilgiedinilmesini sağlar. Kalbin elektriksel aktivitesinin araştırılmasında deneysel ölçümyöntemleri en çok kullanılan yöntemler olmalarına rağmen ölçümlerin yapılmasısırasında girişimsellik, sınırlı konumsal çözünürlük ve etik problemler gibi sorunlarortaya çıkmaktadır. Bu problemleri ortadan kaldıran matematiksel modellere dayalıyöntemler ise deneysel ölçümleri baz olarak kalbin elektriksel aktivitesinimatematiksel ifadelerle ortaya koyarlar. Matematiksel modeller iyonik ve dokusalmodeller olmak üzere ikiye ayrılır. İyonik modeller iyonik akımların dinamikdavranışlarını ifade ederken dokusal modeller elektriksel yayılımı tanımlar. Buçalışmada, dokusal modellerden biri olan Aliev-Panfilov modeli kullanarak kalbinelektriksel aktivitesinin 3-Boyutlu (3B) simülasyonu gerçekleştirilerek deneyselverilerle karşılaştırılması ortaya koyulmaktadır. Deneysel ölçümler ve simülasyonlarfarklı köpek kalpleri üzerinde gerçekleştiği için köpek kalplerine geometri çakıştırmaişlemi uygulanır. Sonuç olarak simülasyon verileri ile deneysel veriler arasında hatakriterleri hesaplanır. Bu hesaplama sonucunda; ilinti katsayısı (İK) için 0,87 m 0,06 ,hata karelerinin ortalamalarının karekökü (HKOK) için 12,85 m 4,38 ve göreceli hata(GH) için 0,199 m 0,045 değerleri bulunmuştur. Deneysel veriler kendi içerisindekarşılaştırıldığında İK için 0,87 m 0,08 , HKOK için 20,8 m 4,37 ve GH için 0,335 m 0,095değerleri bulunmuştur. Bu sonuçlar Aliev-Panfilov modelinin kalbin 3B elektrikselfaaliyetinin simülasyonunda kullanılabilirliğini göstermektedir.ANAHTAR SÖZCÜKLER: Kalp haritalaması, Aliev-Panfilov modeli, geometriçakıştırma, kalbin elektriksel aktivitesinin simülasyonu.Danışman: Yrd. Doç. Dr. Bülent Yılmaz, Başkent Üniversitesi, BiyomedikalMühendisliği Bölümü.

ABSTRACT3-DIMENSIONAL CARDIAC ELECTRICAL ACTIVITY SIMULATION USING ALIEV-PANFILOV MODELUğur CUNEDİOĞLUBaskent University Institute of SciencesBiomedical Engineering DepartmentThe functional status of the heart can be investigated through mapping its electricalactivity. Although the experimental methods are popular in mapping the electricalactivity, ethical problems, limited spatial resolution, and high invasiveness make themdifficult to be applied. In order to overcome these problems, mathematical models aredeveloped. Ionic and tissue models are the two main mathematical approaches forelectrical modeling of the heart. While ionic models describe the dynamic behavior ofthe ionic currents, tissue models focus on the cardiac wavefront propagation. In thiswork, a computer simulation is performed for the three-dimensional (3D) activity ofthe heart using Aliev-Panfilov model, which is one of the tissue models. Once thesimulation results are obtained and then, they are compared with experimentalmeasurements coming from the different dog hearts. Because the heart geometriesused in the experimental measurements and simulations are from different dogs, ageometric registration procedure is applied for proper comparison. Several errorcriteria between the simulation results and experimental data are computed such ascorrelation coefficient (CC), root mean squares error (RMSE), and relative error (RE).The comparison of these results shows that CC is 0,87 m 0,06 , RMSE is 12,85 m 4,38and RE is 0,199 m 0,045 . The comparison of experimental results from different dogsindicates that CC is 0,87 m 0,08 , RMSE is 20,8 m 4,37 and RE is 0,335 m 0,095 . Theseresults show the feasibility of Aliev-Panfilov model for the simulation of 3D electricalactivity of the heart.KEY WORDS: Cardiac mapping, Aliev-Panfilov model, geometry registration, cardiacelectrical activity simulationAdvisor: Assist. Prof. Dr. Bülent Yılmaz, Başkent University, Department ofBiomedical Engineering