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心脏贞洁:开发真实心脏模拟软件

导言和目的

心脏的计算模型现在被认为是详细研究心脏行为的有力技术。计算方法对心血管研究的主要贡献之一就是能够剖析各种效应,梳理出参数之间的重要关系,而这是目前的实验技术所不可能做到的。近年来,心脏电-机械活动的高级计算机模型已经开发出来。心肌的电学特性通常用双域方程来描述,这是一组耦合的抛物线和椭圆偏微分方程(pde),它将组织表示为两个独立的、不同的连续体,一个是细胞内的,另一个是细胞外的。细胞内和细胞外介质通过细胞膜连接,因此两个pde通过一组复杂的非线性常微分方程(ODEs)在空间的每一点耦合,这些方程描述了离子在细胞膜上的传输。某些建模环境使用心脏活动的单域表示法,即通过假设细胞外电位可忽略不计,或假设细胞内和细胞外区域的各向异性比率相等,来求解单个抛物线偏微分方程。

尽管目前的心脏解算器在特定应用中取得了非常好的效率,但它们都有以下重要的局限性:(i) 它们不是通用的——它们是基于开发者的特殊科学兴趣而为特定应用开发的;二它们没有使用最先进的软件工程方法开发,因此没有得到完全的测试和验证;(iii)它们没有达到在高性能混凝土平台上运行的最大效率,因为它们不是为此目的而设计的;(四)科学界不能免费获得这些资料;并且(v)它们不包括最先进的数值和计算技术,这些技术可以将代码加速数个数量级,从而允许进行全面的数值收敛测试(特别是,当前的模拟工具无法提供足够的空间分辨率来测试收敛性)。

Chaste项目的总体目标是开发一个新颖、通用和高效的心脏软件包,经过精确测试和验证,专门设计用于大型、高性能系统,如HPCx和未来几代petascale计算机。先进的软件工程技术的使用,以及与学术界和工业界合作者以及最终用户的密切互动,确保最终的软件形成一个健壮、用户友好的生产级平台,用于研究与健康和疾病中心脏功能相关的重要科学问题。我们希望这个软件能够支持用户社区继续研究下一代心脏生理学研究。

用户功能

性能

我们在富士通的合作者已经在HECToR(英国的高端计算资源)中运行了贞洁,在基于解剖学的兔心室网~400万个节点上获得了以下性能:;看见Bernabeu等人,心脏病计算机2008):

以前:

仿真结果示例

心脏模拟可以在纯洁的YouTube频道.