ECG QRS复合波对心脏His-Purkinje结构的灵敏度研究

心脏数字孪生 (Cardiac Digital Twin, CDT) 正成为心脏学中具有变革性潜力的工具。影响CDT准确性的关键且尚未充分研究的因素是His-Purkinje系统 (HPS)，它影响心室去极化并塑造心电图 (ECG) 的QRS复合波形。本文量化分析了HPS结构的变异如何改变QRS形态，并识别驱动这种变异的关键参数。我们采用分形树、基于规则的算法生成HPS结构，系统性地变异九个模型参数，评估其对十个与QRS相关指标的影响。采用Sobol灵敏度分析对每个参数对观察变异的直接贡献与相互作用驱动的贡献进行量化。我们的结果表明，大多数对HPS结构的细微变动对单个QRS特征的影响甚微；然而，某些参数组合可产生异常QRS形态。QRS复合波的持续时间和峰值幅度对HPS参数的个体变动灵敏度较低；但我们发现，特定的参数组合可导致相互作用显著改变QRS形态的这些方面。我们发现，某些HPS结构可导致QRS提前形成，掩盖P波的形成。QRS时间变异主要由分支角和束间距以及分支排斥力之间的相互作用驱动，尽管其他参数也显示出显著的相互作用效应。除了相互作用外，HPS分支数的个体变异也影响QRS时间。尽管未来的模型应考虑这些潜在的变异来源，但本研究表明，健康患者HPS与通用模型HPS之间的细微解剖差异在两者均为生理正常的情况下，不太可能显著影响模型的保真度或临床解释。