稳定激发介质中的不稳定螺旋波

采用Br模型研究了控制螺旋波破碎问题。考虑到螺旋波破碎是由于多普勒不稳定产生的,我们提出在均匀介质中引入不可激发介质缺陷和可变性介质缺陷,通过让螺旋波波头绕缺陷运动来稳定螺旋波。研究结果表明,不同的介质缺陷稳定螺旋波的能力有所不同,可变性介质缺陷防止螺旋波破碎的能力更强。这些研究结果能够为心脏学家防止心颤致死提供有用的信息。     

非均匀可激发介质中的稀密螺旋波

在非均匀可激发介质中,采用Barkley模型数值模拟了稀螺旋波和密螺旋波, 并对二者的动力学行为随参数的变化进行了研究. 结果发现:稀螺旋波的旋转频率随参数b的增加迅速减小,之后趋于饱和, 显示出不同于密螺旋波的行为;两种螺旋波的周期和波长随参数ε 和非均匀区域尺寸R的增加而增加,相对稀螺旋波而言,密螺旋波的性质对R的依赖更为敏感; 稀螺旋波端点的波速随R的增加而减小,与密螺旋波波速变化趋势相反. 另外,由于非均匀区域的影响,当ε 或b 超过某一临界值时,螺旋波臂上出现缺陷点.     

激发介质中螺旋波的波尖运动

讨论二维激发介质中螺旋波的运动规律，用摄动法将螺旋波的波前运动分成切向和法向两部分，得到了相应的切向运动方程和法向运动方程.当考虑波尖时，得到波尖运动的基本规律以及扭曲环和长扭曲链的波尖轨迹.当考虑波前及其扰动时，不仅得到普通螺旋波，而且可解释超螺旋波和双螺旋波的结构. 关键词：     

非均匀可激介质中的螺旋波

以Barkley模型为对象,研究了可激介质的非均匀性对螺旋波斑图形成的影响.该模型中各参数与可激介质的属性密切相关,通过参数涨落的正态分布来刻画非均匀性,数值研究了单参数以及多参数涨落的正态分布情形下螺旋波斑图的形成.研究表明,可激介质的非均匀性对于螺旋波波纹的粗细及疏密程度有较大影响.参数涨落分布的方差越大,形成的螺旋波波纹越粗糙.对于两参数均匀分布的极端情形,当参数分布大于某一范围,无法形成螺旋波.这些都与螺旋波旋转的角频率密切相关.螺旋波旋转的角频率越大,螺旋波波纹越粗,同时波纹越密集;反之,螺旋波 关键词： 螺旋波 非均匀介质 Barkley模型     

随机相位扰动抑制激发介质中漂移的螺旋波

研究了一类二维变量描述的激发系统中漂移螺旋波的抑制问题.通过在整个系统中局部注入带随机相位的电信号，如在系统256×256格点的边界或中心区域中选取4×4或者5×5格点区域施加一个带随机相位的外部激励电信号，在系统内部产生一个持续的靶波信号，实现靶波对螺旋波的动态竞争.数值计算表明：该方法对于Barkley模型中螺旋波有很强的抑制作用，与简单的局部周期信号驱动比较，具有暂态过程比较短的特点，而且对于时空噪声具有一定的抗干扰性.在一定的噪声范围内，即使系统出现不均匀性，也可以观测到靶波，新出现的靶波对螺旋波有抑制作用. 关键词： 螺旋波 靶波 Barkley模型 随机相位     

耦合可激发介质中螺旋波的控制研究

采用Br模型研究了三层耦合可激发介质中螺旋波的控制.相邻层之间采用双向耦合.利用加在第二层介质上的局域周期信号产生的平面波来消除螺旋波.数值模拟表明:只有当三层介质的耦合满足一定条件才可能实现螺旋波的控制,可以通过耦合互补方式实现螺旋波的控制;平面波与低频螺旋波的相互作用可以产生高频螺旋波,导致螺旋波不能被消除;存在优化的驱动宽度,过大或过小的驱动宽度需要增加第一、三层介质的耦合强度.观察到控制结果依赖控制时机的现象.研究结果可用于植入式心脏除颤器的设计.     

激发介质中螺旋波失稳的微观机理研究

采用晶格Boltzmann方法研究了激发介质中螺旋波的失稳,计算机数值模拟给出了激发介质中螺旋波失稳前后的速度场分布,并结合斑图和波头轨迹进行讨论发现,稳定螺旋波的速度场分布表现为螺旋波旋转中心处的速度做周期突变;在螺旋波开始失稳时,速度场分布表现为该位置粒子速度突变加快最后变得无规律,使速度集团分解无规律,导致速度场分布越来越混乱,并最终使系统进入时空混沌态.     

激发介质中螺旋波失稳的微观机理研究

采用晶格Boltzmann方法研究了激发介质中螺旋波的失稳,计算机数值模拟给出了激发介质中螺旋波失稳前后的速度场分布,并结合斑图和波头轨迹进行讨论发现,稳定螺旋波的速度场分布表现为螺旋波旋转中心处的速度做周期突变;在螺旋波开始失稳时,速度场分布表现为该位置粒子速度突变加快最后变得无规律,使速度集团分解无规律,导致速度场分布越来越混乱,并最终使系统进入时空混沌态. 关键词： 晶格Boltzmann方法 激发介质 螺旋波 时空混沌     

间接延迟耦合可激发介质中螺旋波的演化

采用Bär 模型研究了通过被动介质间接延迟耦合的两层可激发介质中螺旋波的相互作用. 数值模拟结果表明: 延迟耦合可以促进两个螺旋波的同步, 也可导致从螺旋波到集体振荡、各种靶波、时空混沌态或静息态的转变; 在这个耦合系统中还观察到周期 2和周期3螺旋波以及螺旋波漫游和漂移现象; 对产生这些现象的物理机制做了讨论. 关键词： 螺旋波 被动介质 时间延迟耦合 同步     

局部激励法产生靶波来消除螺旋波

提出采用局部激励方法产生靶波来消除抑制激发介质中的漂移(和稳定的)螺旋波．通过在系统中任意选择一个格点进行采样，将采样格点信号反馈到系统局部区域可产生一个稳定的靶波．数值计算表明：该方法可以消除均匀和非均匀介质(扩散系数随时间或空间变化)中的螺旋波(稳定旋转的螺旋波和漂移的螺旋波)，并且对于时空噪声具有一定的抗干扰性．     

Stabilization of spiral wave and turbulence in the excitable media using parameter perturbation scheme

This paper proposes a scheme of parameter perturbation to suppress the stable rotating spiral wave, meandering spiral wave and turbulence in the excitable media, which is described by the modified Fitzhug-Nagumo （MFHN） model. The controllable parameter in the MFHN model is perturbed with a weak pulse and the pulse period is decided by the rotating period of the spiral wave approximatively. It is confirmed that the spiral wave and spiral turbulence can be suppressed greatly. Drift and instability of spiral wave can be observed in the numerical simulation tests before the whole media become homogeneous finally.     

Distributed predictive control of spiral wave in cardiac excitable media

In this paper, we propose the distributed predictive control strategies of spiral wave in cardiac excitable media. The modified FitzHugh--Nagumo model was used to express the cardiac excitable media approximately. Based on the control-Lyapunov theory, we obtained the distributed control equation, which consists of a positive control-Lyapunov function and a positive cost function. Using the equation, we investigate two kinds of robust control strategies: the time-dependent distributed control strategy and the space-time dependent distributed control strategy. The feasibility of the strategies was demonstrated via an illustrative example, in which the spiral wave was prevented to occur, and the possibility for inducing ventricular fibrillation was eliminated. The strategies are helpful in designing various cardiac devices. Since the second strategy is more efficient and robust than the first one, and the response time in the second strategy is far less than that in the first one, the former is suitable for the quick-response control systems. In addition, our spatiotemporal control strategies, especially the second strategy, can be applied to other cardiac models, even to other reaction-diffusion systems.     

两层耦合可激发介质中螺旋波转变为平面波

采用Br-Eiswirth模型研究了两层耦合可激发介质中螺旋波的动力学,两层介质通过网络连接,即在每一层介质上,每一列选一个可激发单元作为中心点,在一层介质上同一列的可激发单元只与另一层介质上对应的中心点及其8个邻居有耦合.数值模拟结果表明:通过这种局部耦合,在适当小的耦合强度下两耦合螺旋波可实现同步,增大耦合强度会导致螺旋波漫游和漂移,造成螺旋波不同步,观察到螺旋波与静息态、低频平面波和不规则斑图共存现象.在适当强的耦合强度下,还观察到两螺旋波转变成同步的平面波消失现象.对产生这些现象的物理机理做了讨论.     

Suppression of spiral waves using intermittent local electric shock

In this paper, an intermittent local electric shock scheme is proposed to suppress stable spiral waves in the Barkley model by a weak electric shock (about 0.4 to 0.7) imposed on a random selected n×n grids (n=1-5, compared with the original 256×256 lattice) and monitored synchronically the evolutions of the activator on the grids as the sampled signal of the activator steps out a given threshold (i.e., the electric shock works on the n×n grids if the activator u\leq0.4 or u \geq 0.8). The numerical simulations show that a breakup of spiral is observed in the media state evolution to finally obtain homogeneous states if the electric shock with appropriate intensity is imposed.     

分布式电流刺激抑制心肌组织中螺旋波

利用两种恒定电信号刺激介质不同区域来产生分布式电流, 外界分布式电流内化为跨膜电流后在介质中形成稳定的梯度力可抑制螺旋波的传播. 当螺旋波被消除后系统进一步演化为均匀态且对应的膜片电位采样序列逐渐趋于一个稳定值. 在考虑噪声情况下, 该方法仍然能消除螺旋波, 对其采样序列分析也验证了方法的可靠性. 关键词： 螺旋波 分布式电流 激发介质     

用低通滤波方法终止心脏组织中的螺旋波和时空混沌

通过让心肌细胞钠离子通道的触发门变量延迟打开, 使介质具有激发延迟能力, 介质延迟激发时间随控制电压和刺激频率增加而增加, 当控制电压超过一个阈值时, 延迟激发介质具有低通滤波作用:低频波可以连续通过, 而高频波不能连续通过. 本文用Luo-Rudy相I模型研究了介质延迟激发对螺旋波和时空混沌的影响, 数值模拟结果表明: 当控制电压超过阈值时, 介质的延迟激发可有效消除螺旋波和时空混沌; 从小逐渐增大控制电压, 在钙最大电导率较小情况下, 延迟激发会导致介质激发性降低, 使螺旋波漫游幅度增大, 直至传导障碍导致螺旋波消失; 当钙最大电导率较大时, 延迟激发会导致螺旋波失稳变弱, 这样当控制电压增加到一定值时, 时空混沌可以演化成漫游螺旋波, 当控制参数被适当选取时, 观察到漫游幅度大的螺旋波漫游出系统边界消失现象, 继续增大控制电压将导致时空混沌直接消失.     

Motion of spiral tip driven by local forcing in excitable media

We study the motion of a spiral wave controlled by a local periodic forcing imposed on a region around the spiral tip in an excitable medium. Three types of trajectories of spiral tip are observed： the epicycloid-like meandering, the resonant drift, and the hypocycloid-like meandering. The frequency of the spiral is sensitive to the local periodic forcing. The dependency of spiral frequency on the amplitude and size of local periodic forcing are presented. In addition, we show how the drift speed and direction are adjusted by the amplitude and phase of local periodic forcing, which is consistent with a theoretical analysis based on the weak deformation approximation.     

耦合复金兹堡-朗道(Ginzburg-Landau)方程中的模螺旋波

以双层耦合复金兹堡-朗道(Ginzburg-Landau)方程系统为时空模型, 研究了其中的模螺旋波, 讨论了这种特殊波动现象的稳定条件和相关影响因素. 模螺旋波与该类时空系统中常见的相螺旋波相比, 其中心不存在缺陷点, 同时仅在其变量的振幅部分(而非相位部分) 表现为螺旋结构. 本文通过数值方法研究了耦合复金兹堡-朗道方程中产生模螺旋波所需要的初始和参数条件.研究表明, 当双层耦合系统的初始斑图之间的差距较大时, 才能够产生模螺旋波; 同时观察到系统在参数不匹配的条件下会发生相螺旋波向模螺旋波的转变.通过对同步函数的计算, 发现该转变过程具有非连续性.