突破極限：智源研究院首創超實時數字孿生心臟電功能仿真技術

實時模擬心臟的 3D 電活動。

原標題：世界首次！智源研究院實現數字孿生心臟電功能超實時仿真
文章來源：機器之心
內容字數：9813字

心臟電生理仿真技術的新進展

心臟作為重要器官，其電生理特性直接關系到人類的健康。心臟電生理活動的異常常常導致心律失常等嚴重健康問題，因此深入研究心臟電生理過程至關重要。傳統的研究方法主要依賴動物模型和臨床數據，但受限于倫理和實驗條件，計算機仿真技術的興起為這一領域提供了新的解決方案。

虛擬心臟的構建與發展

虛擬生理心臟的構建整合了分子生物學、生理學等多學科的最新成果，通過數學模型和計算機程序再現心臟的生理和病理活動。自20世紀50年代起，虛擬心臟模型的研究不斷進展，多個復雜的心肌細胞電生理模型相繼被提出，并應用于心臟功能研究及藥物安全性評估。

實時心臟電生理仿真系統的開發

為應對傳統仿真計算時間長的問題，智源研究院開發了實時心臟電生理仿真系統。該系統能夠在虛擬環境中實時模擬心臟的3D電活動，分析不同生理和病理因素對心臟功能的影響。通過深度優化模型計算，系統在更高分辨率和復雜度的心臟模型上實現了180倍的速度提升，仿真時間與生物時間比達到1:0.84。

技術路線與優化策略

該系統采用了適合稀疏數據的數據結構，并利用GPU的順序訪存提升了I/O速度。通過量化和循環展開策略，顯著降低了計算復雜度，使得仿真達到實時計算的要求。此外，采用分布式計算進一步提高了系統仿真速度。

仿真結果與臨床應用前景

經過優化，系統在仿真2生物秒的心臟功能時，計算時間縮短至2秒內，達到了實時計算的標準。該技術不僅為心律失常等醫學問題的研究提供了新工具，還在手術規劃和新藥研發方面具有重要應用價值，為未來的醫學研究和臨床治療開辟了新的方向。

總體來看，智源研究院的實時心臟電生理仿真系統的成功實現，標志著心臟仿真技術的重大進步，為相關領域的研究和臨床應用奠定了堅實基礎。

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