[發明專利]心臟電生理模型的并行仿真方法及系統

有效

• 申請號: 202110693502.7
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113421649B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 馬廣浩;魏志強;殷波;賈東寧;張樹剛;馬猛飛;俞茂學
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學;青島海洋科學與技術國家實驗室發展中心
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50
• 代理公司: 北京艾格律詩專利代理有限公司 11924
• 代理人: 何山

本申請公開了一種心臟電生理模型的并行仿真方法及系統。所述心臟電生理模型的并行仿真方法包括：計算主核控制與其連接的從核對模擬的細胞進行初始化；計算主核根據其獲取的仿真任務為各個與其連接的從核下發電位仿真任務；各個從核同時對各自對應模擬的細胞進行電位仿真計算從而獲得心臟細胞電位仿真計算結果；各個從核將計算得到的心臟細胞電位仿真計算結果寫入與其連接的計算主核；控制主核獲取各個計算主核所傳遞的心臟細胞電位仿真計算結果。本申請的心臟電生理模型的并行仿真方法可同時開啟十萬級規模進程并行計算仿真，能夠快速完成動作電位周期的仿真計算，加快心臟電生理模型的仿真速度，有效縮短仿真時間。

技術領域

本申請涉及心臟電生理模型技術領域，具體涉及一種心臟電生理模型的并行仿真方法及系統。

背景技術

心臟疾病是目前全球人群健康的首要死亡因素，且發病率及死亡人數仍處在上升的階段，因此對于心臟生理以及病理的研究受到了國內外專家學者的廣泛關注。利用虛擬心臟模型對心臟的各種生理機制進行仿真研究是目前臨床實驗方法的有效輔助手段。虛擬心臟的仿真是一項極為復雜的系統工作，其集合了細胞學、生物化學、解剖學、基因工程學、計算機科學等眾多學科，通過對心臟的形態以及功能等方面進行建模仿真，重現心臟在正常以及病理條件下的電生理等各種特性。利用心臟電生理模型對心臟進行仿真研究，其優點在于可以定量并且直觀地研究心臟的動態行為以及各種參數指標，并且可以十分方便地探究心臟在微觀細胞層次的生理變化與宏觀整體心臟變化的聯系，從而有助于提高心臟疾病的診治水平以及創新藥物的研發。

現有的心臟電生理模型仿真系統通常采用串行方式進行仿真模擬，即在某一時刻只對某個動作電位周期的特定心臟細胞進行電位仿真計算，完成后再對本周期內另一個心臟細胞進行電位仿真計算，直到一個周期內所有的心臟細胞電位仿真計算完成，再開始下一個動作電位周期的計算。由于心臟細胞數量龐大，完成一個動作電位周期的仿真計算需要較長時間，如果仿真生成有效數據，需要完成上千個動作電位周期的模擬，花費時間更長。隨著研究的進一步深入，心臟電生理模型加入了并行計算模式，但也是局限于幾十個核進行計算，當心臟電生理模型細胞規模增大時，仿真計算量明顯增加，無法有效縮短仿真計算時間。

具體而言，心臟電生理模型是綜合運用計算機強大的計算能力以及圖形顯示能力，對真實心臟的解剖結構、電生理等方面的特性進行仿真。隨著心肌細胞模型越來越豐富和心臟組織模型越來越精細，心臟電生理模型的仿真計算規模越來越大。龐大的計算量已經成為心臟電生理模型研究發展的瓶頸，在較短的時間完成心臟電生理模型的大規模計算仿真是很有必要的。

現有的心臟電生理模型仿真存在如下缺點：

串行仿真計算慢，完成一次動作電位周期的仿真計算周期長，在大規模計算時，無法在較短時間內完成仿真，得到有效數據。

發明內容

本發明的目的在于提供一種心臟電生理模型的并行仿真方法，來克服或至少減輕現有技術的至少一個上述缺陷。

本發明的一個方面，提供一種心臟電生理模型的并行仿真方法，所述心臟電生理模型的并行仿真方法包括：

計算主核控制與其連接的從核對模擬的細胞進行初始化，其中，一個計算主核與多個從核連接，一個從核對應模擬至少一個細胞；

計算主核根據其獲取的仿真任務為各個與其連接的從核下發電位仿真任務；

各個從核同時對各自對應模擬的細胞進行電位仿真計算從而獲得心臟細胞電位仿真計算結果，其中，一個細胞對應仿真出一個心臟細胞電位仿真計算結果；

各個從核將計算得到的心臟細胞電位仿真計算結果寫入與其連接的計算主核；

控制主核獲取各個計算主核所傳遞的心臟細胞電位仿真計算結果。

可選地，所述心臟電生理模型的并行仿真方法進一步包括：

控制主核將獲取的心臟細胞電位仿真計算結果進行持久化存儲。