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心脏数字孪生?智源造出一个能“超实时”跳动的虚拟心脏!性能提升180倍!

2024-11-29 10:06 · 来源: AIbase基地

心脏,这个生命的引擎,其运作的奥秘一直吸引着无数科学家的目光。心脏电生理的异常会导致心律失常等严重健康问题,深入理解它对心脏病的诊断和治疗至关重要。然而,传统研究方法受限于伦理和实验条件,难以取得突破。

近年来,科学家们将目光投向了计算机仿真,试图构建“数字孪生心脏”,在虚拟世界中重现心脏的跳动。但虚拟心脏仿真对计算资源要求极高,模拟几毫秒的心脏活动就需要进行数十亿次计算,重现1秒钟的心脏电活动甚至需要数小时甚至更长时间,这极大地限制了其在临床和药物研发中的应用。

心脏

图源备注:图片由AI生成,图片授权服务商Midjourney

 最近,智源研究院成功开发出一套实时心脏电生理仿真系统,将虚拟心脏的跳动带入了“超实时”时代!也就是说,模拟1秒钟的心脏活动,计算机只需要0.84秒就搞定了!

这可不是闹着玩的,这套系统厉害在哪儿呢? 咱们先来聊聊心脏为啥这么重要。心脏可是咱们生命的发动机,一刻不停地泵血,给全身输送氧气和营养。心脏跳动靠的是电信号,心脏电生理要是出了问题,就会引发心律失常,严重的话甚至会危及生命。

所以,医生和科学家们一直想研究清楚心脏电生理的奥秘,但传统的实验方法要么受限于伦理问题,要么实验条件太复杂,进展缓慢。 这时,计算机仿真技术就派上用场了。科学家们开始尝试在电脑里构建“虚拟心脏”,模拟心脏的跳动过程,这样就能更方便地研究心脏电生理了。

不过,虚拟心脏仿真可不是件容易的事,它对计算资源的要求超级高。你想啊,心脏里那么多细胞,每个细胞都在不停地进行电活动,要想精确模拟出来,那计算量简直是天文数字! 以前的技术,模拟几毫秒的心脏活动就需要进行数十亿次计算,重现1秒钟的心脏电活动甚至需要数小时甚至更长时间,这效率也太低了,根本没法用在临床和药物研发上。

而智源研究院研发的这套系统,直接把虚拟心脏的跳动速度提升到了“超实时”级别, 这意味着医生和研究人员可以像看电影一样观察心脏的活动,还能随时暂停、快进、倒退,想怎么研究就怎么研究,简直不要太方便!

那么,智源研究院是怎么做到“超实时”的呢? 他们可不是随便说说而已,人家可是下了真功夫的!

首先,他们对心脏模型的解剖结构进行了深度优化。 他们发现,心脏里其实有很多空腔,真正的心肌组织只占了1/3的空间。于是,他们就设计了一种特殊的数据结构,专门用来存储有效的心肌组织数据,这样一来,计算机就不用浪费时间去处理那些没用的空腔数据了,效率自然就提高了。

其次,他们对心肌细胞电生理的计算方法进行了改进。 他们采用了一种叫“量化”的技术,把复杂的计算过程简化,同时还采用了一种叫“循环展开”的策略,减少了数据的读取次数,这样一来,计算速度就大大提升了。

最后,他们还对计算系统的硬件架构进行了优化。 他们充分利用了现代GPU的强大计算能力,优化了数据传输和通讯方式,让数据在不同的计算单元之间快速流动,进一步提高了计算效率。

通过这些优化策略,智源研究院最终实现了心脏仿真速度180倍的提升, 这在心脏仿真领域绝对是开创性的突破!

这项成果不仅为心律失常的机制研究、手术规划、新药研发等领域带来了新的希望,也为其他复杂物理系统的实时仿真提供了宝贵的经验,是心脏仿真技术发展史上的又一座里程碑!

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