心电的建模仿真及其并行算法的初步研究

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1、中目科学技术夫学硕L沦文摘要摘要心脏电活动的计算机仿真是心电理论研究的前沿课题之一，也是生物医学工程领域的一个很重要分支。它的研究不但能为心脏疾病的无创诊断提供强有力的手段，还能在医学基础研究、医学教育等方面发挥作用。本论文工作是国家自然科学基会“基于曙光1000高性能并行机的，D电正问题研究”(69871027)的重要组成部分，该课题的最终目标是在并行机上建立一个高精度的心脏一11,室模型。要实现这个目标，首先要在PC机上实现心电的建模与仿真，并作一定的改进，为后续的研究工作打下坚实的基础。本论文围绕这个

2、要求，j完成了以下这些研究工作：1．介绍了，C、电建模与仿真的概念，对国内外，Ii,电正问题研究的发展概况和研究现状进行了系统的概述。、并在讨论一Ii,脏电生理过程和生理系统建模方法的基础上，’介绍了心电场的物理数学模型。2．在构造心室模型的过程中，采用分形树的结构来描述Purkinje纤维传导系统，并针对如何在不规则曲面上合理地“生长”分形树，提出了一种基于较真实一11,脏模型的分形传导系统的全自动生成算法，有助于提高仿真速度与精度。3．构造了人体躯干模型，并采用“虚点”法对它进行了三角形离散，保证能够J

3、fF页N地采用边界元素法(BEM)来进行心电场的计算。同时采用对心室模型的坐标作旋转平移变换的方法，将人体躯干模型和心室模型综合到一起，使模型更加灵活，并简化了仿真计算。4．设计并实现了心脏电兴奋传播仿真算法、心肌细胞动作电位的拟合算法、电流偶极子和体表电位的计算，并对本课题组以前提出的矢量传播算法作了进一步改进，减少了仿真误差。5．在Windows98环境下用vC++程序设计了由多个功能模块构成的心脏模型仿真器，实现了完整的心电仿真过程，并在上面仿真出征常12导心电和心向量图。7该仿真器为后续研究提供了一

4、个便利的工具。76．对曙光1000高性能并行机和MPI编程等并行编程软硬件环境作了简要的介绍，并对如何在并行机上实现心电仿真作了一些初步研究。关键词：心电正问题，心电仿真，人体躯干与心室模型，电兴奋传播：心电图心电向量图，曙光1000高性能并行机，并行算法IIl中国科学技术大学硕七论文ABTRACTABSTRACTThecomputersimulationofcardiacelectricalactivityisoneofthefrontiersubjectsofthecardiacelectricalth

5、eorystudy．Itisalsoaveryimportantbranchofbiomedicalengineering，whichcannotonlyprovidepowerfulmeanstodiagnosehurtlesslytheheartdiseases，butalsohaveagoodeffectinthemedicalfundamentalstudyandmedicaleducationThispaperisa／1importantcomponentof‘‘ECOForwardProblem

6、StudyBasedonDawning1000HighPerformanceComputer”(69871027)whichissupportedbyNationNaturalScienceFoundationofChina．ThefinalobjectofthisprojectistodevelopahighaccurateheartmodelonthehighPerformanceparallelcomputer．Toachievethisobject．itmustbedonetodevelopandi

7、mprovethecardiacmodelingandsimulationonPCwhichprovidessoundbasisforfurtherresearch．Aimingatthis，wehavedonethefollowingresearchwork：1Discusstheconceptofcardiacelectricalmodelingandsimulation，thehistoryanddevelopmentofthecardiacsinmlationmodels．Andwhat’smore

8、，thispaperintroducesthephysicalandmathematicalmodelofcardiacelectricalfieldonthebasisofdiscussingthecardiacelectricalphysiologicalprocessaswellasthetheoryandmethodofnormalphysiologicalsystemmodeling2．Thestruc