心电仿真算法及其在并行机上的实现

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1、中国科学技术大学硕士论文摘要辅耍如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金“基于曙光1000高性能并行机的心电正问题研究”(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心室模型。要实现这个目标，对心电建模和仿真的一些算法的并行性研究是非常重要的。j本论姗绕这个要求∥完成了以下研究工作：／＼，1．介绍了心电建模与仿真的基本概念，阐述了心电正问题和逆问题的关系，对国内外心电正问题研究的发展概

2、况和研究现状进行了系统的概述。兢明了进行心电正问题研究的重要性和必要性。寺—、一一2．介绍了并行算法的基本概念，并行算法的评价标准，曙光1000和曙光2000高性能并行机的结构、并行编程环境等，对MPI(MessageprocessingInterface)编程方法作了系统的论述，并详细说明了如何在曙光并行机上编写和运行并行程序。3．根据电流偶极子理论，详细讨论了电流偶极子并行算法的实现方法，并且实现了更精细的心室模型的并行算法。，结果表明，电流偶极子的并行算法比串行算法在运行速度和精度方面都有显著的提高_卜、一4．根据心电场的数学物理模型，推导出体表电位的计算公式，采用奇异t值分解(Sing

3、ularValueDecomposition，SVD)的算法求解心电场方程，实现了并行的SVD分解算法。f运行结果表明随着计算节点数目的增加，运算速度有很大的提高。p——一5．在二维空间中，讨论了心肌不分层和分层的情况下，心电兴奋传播的仿真算法，针算出仿真时间的理论值，分析了LFX算法和矢量传播算法的仿真误差，对矢量传播仿真算法进行了改进，大大减小了仿真误差一并通过改变心肌的划分精度，分析了心肌精度对仿真算法的误差影响。蓑键词：心电正问题，心电仿真，心电场电兴奋传播，心电场方程，电流偶极子，曙光1000高性能并行机，并行算法IV，、≯±望型堂垫查盔堂堡主迨塞一————————型型!璺生!羔一A

4、BSTRACTThecomputersimulationofcardiacelectricalactivityisoneofthefrontiersuhjectsofthecardiacelectricaltheorystudy．Itisalsoaveryimportantbranchofbiomedicalengineering，whichcannotonlyprovidepowerfulmeanstodiagnosehurtlesslytheheartdiseases，butalsohaveagoodeffectinthemedicalfundamentalstudyandmedicale

5、ducation．Thispaperisanimportantcomponentof‘‘ECGForwardProblemStudyBasedonDawning1000HigllPerformanceComputer”(69871027)whichissupportedbyNationNaturalScienceFoundationofChina．Thefinalobjectofthisprojectistodevelopahigllaccurateheartmodelonthehighperformanceparallelcomputer．Toachievethisobject，itmust

6、bedonetoresearchtheparallelalgorithmofthecardiacmodelingandsimulation．Aimingatthis，wehavedonethefoflowingresearchwork：1．Introducetheconceptofcardiacelectricalmodelingandsimulation，discusstherelationofECGforwardproblemandbackwardproblem，anddiscussthehistoryanddevelopmentofthecardiacsimulationmodelsto

7、showtheimportanceandnecessityofECGforwardproblemresearching．2．Discussthebasicconceptandevaluatingstandardofparallelalgorithm，theconstructionandprogrammingplatformofDawnl000andDaWrl2000highperformancep