實(shí)時(shí)模擬心臟的 3D 電活動(dòng)。

原標(biāo)題：世界首次！智源研究院實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生心臟電功能超實(shí)時(shí)仿真
文章來源：機(jī)器之心
內(nèi)容字?jǐn)?shù)：9813字

心臟電生理仿真技術(shù)的新進(jìn)展

心臟作為重要器官，其電生理特性直接關(guān)系到人類的健康。心臟電生理活動(dòng)的異常常常導(dǎo)致心律失常等嚴(yán)重健康問題，因此深入研究心臟電生理過程至關(guān)重要。傳統(tǒng)的研究方法主要依賴動(dòng)物模型和臨床數(shù)據(jù)，但受限于倫理和實(shí)驗(yàn)條件，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的興起為這一領(lǐng)域提供了新的解決方案。

虛擬心臟的構(gòu)建與發(fā)展

虛擬生理心臟的構(gòu)建整合了分子生物學(xué)、生理學(xué)等多學(xué)科的最新成果，通過數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)程序再現(xiàn)心臟的生理和病理活動(dòng)。自20世紀(jì)50年代起，虛擬心臟模型的研究不斷進(jìn)展，多個(gè)復(fù)雜的心肌細(xì)胞電生理模型相繼被提出，并應(yīng)用于心臟功能研究及藥物安全性評(píng)估。

實(shí)時(shí)心臟電生理仿真系統(tǒng)的開發(fā)

為應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)仿真計(jì)算時(shí)間長的問題，智源研究院開發(fā)了實(shí)時(shí)心臟電生理仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在虛擬環(huán)境中實(shí)時(shí)模擬心臟的3D電活動(dòng)，分析不同生理和病理因素對(duì)心臟功能的影響。通過深度優(yōu)化模型計(jì)算，系統(tǒng)在更高分辨率和復(fù)雜度的心臟模型上實(shí)現(xiàn)了180倍的速度提升，仿真時(shí)間與生物時(shí)間比達(dá)到1:0.84。

技術(shù)路線與優(yōu)化策略

該系統(tǒng)采用了適合稀疏數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并利用GPU的順序訪存提升了I/O速度。通過量化和循環(huán)展開策略，顯著降低了計(jì)算復(fù)雜度，使得仿真達(dá)到實(shí)時(shí)計(jì)算的要求。此外，采用分布式計(jì)算進(jìn)一步提高了系統(tǒng)仿真速度。

仿真結(jié)果與臨床應(yīng)用前景

經(jīng)過優(yōu)化，系統(tǒng)在仿真2生物秒的心臟功能時(shí)，計(jì)算時(shí)間縮短至2秒內(nèi)，達(dá)到了實(shí)時(shí)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)不僅為心律失常等醫(yī)學(xué)問題的研究提供了新工具，還在手術(shù)規(guī)劃和新藥研發(fā)方面具有重要應(yīng)用價(jià)值，為未來的醫(yī)學(xué)研究和臨床治療開辟了新的方向。

總體來看，智源研究院的實(shí)時(shí)心臟電生理仿真系統(tǒng)的成功實(shí)現(xiàn)，標(biāo)志著心臟仿真技術(shù)的重大進(jìn)步，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和臨床應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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