40、细胞自动机在生物医学系统建模中的应用与软件技术

细胞自动机在生物医学系统建模中的应用与软件技术

1. 肿瘤生长建模中的细胞自动机

在肿瘤生长建模里，静止状态被视为细胞的一种状态。随着速度数量的增加，细胞在多个方向上运动的可变性也会增大。一般而言，每个细胞仅有一个与之关联的速度通道。同时，还提出了两条转换规则：
- 第一条规则与每个细胞状态的变化相关，涵盖了细胞向繁殖、坏死或细胞消除状态的转变。
- 第二条规则与细胞运动有关，考虑了所提出的五个速度通道。

在开发此类细胞自动机模型时，需要考虑一些一般性假设：
- 肿瘤呈球形且永远保持对称性。
- 肿瘤边界处的癌细胞相互黏附，维持固体形态，并与内部细胞产生的扩张力保持平衡。
- 肿瘤处于持续扩张状态。
- 肿瘤边界处存在营养物质浓度的增加。

鉴于潜在的复杂性，细胞自动机在肿瘤生长建模中的计算性能至关重要。一些研究为此提供了优化细胞自动机模型开发的工具和方法。

2. 心脏电传导系统建模

2.1 心脏生理结构与电传导基础

心脏在生理层面由两个压力和抽吸泵组成，即右心室将血液泵入肺部，左心室将血液泵入其他组织和器官。每个心室又由心房和心室的双腔室构成。心房和心室的肌肉纤维收缩方式与骨骼肌类似，但持续时间更长。心脏肌肉的协调激活和刺激由构成心脏电传导系统的肌肉纤维控制。

当细胞受到电刺激时，其电荷分布会发生改变，引发一系列与阳离子和阴离子进出相关的动作，触发动作电位，将电刺激传播到附近细胞，使电信号在心脏细胞间传递。

2.2 心肌动作电位的阶段

心肌的动作电位与骨骼肌不同，心室肌细胞和浦肯野细胞在静息