心臟電生理的快速仿真和交互式可視化方法研究.pdf

1、虛擬心臟是運用數學建模和計算機仿真的方法在計算機中再現心臟結構和功能的研究課題。其目的是揭示心臟的運行機制并且研究臨床醫(yī)學中存在的難以解釋的生理現象以及心臟對藥物作用的反應。心臟的電生理仿真是虛擬心臟研究的主要研究內容,通過電生理現象能夠分析心臟生理、病理和藥理方面的問題?？梢暬椒ㄊ峭ㄟ^虛擬心臟在計算機中再現心臟的基礎,是驗證虛擬心臟仿真和建模結果的重要手段。因此對于心臟的電生理仿真和可視化的研究對于整個虛擬心臟研究領域都有極其重要的

2、作用。
　　本文從心臟電生理仿真和可視化研究中存在的問題入手,研究電生理仿真方法和心臟解剖結構數據以及電生理數據的可視化方法。嘗試通過圖形處理器(Graphics Processing Unit,GPU)建立心臟解剖數據可視化和功能數據可視化之間的聯(lián)系,以及電生理仿真和可視化之間的聯(lián)系。本文主要工作如下:
　　基于GPU的快速心臟電生理仿真心臟電生理仿真存在的主要問題是難以找到一種有效仿真方法實現。本文提出了基于GPU的快速

3、電生理仿真方法,分析了心臟電生理仿真過程的并行性,討論了運用GPU實現電生理仿真的可行性,并且實現了基于GPU的快速電生理仿真方法。針對電生理仿真過程的特點探討了仿真方法的優(yōu)化策略。
　　基于GPU的心臟解剖結構可視化心臟解剖結構復雜且內部組織相似,使心臟的各個器官難以有效區(qū)分。針對這一問題,本文提出了基于紋理切片的心臟組織分割可視化方法,有效展示了心臟的特定組織。針對心臟的堆疊結構中組織間相互遮擋從而導致各個組織的輪廓信息難以有

4、效展示的問題,本文提出了改進的Context-Preserving模型。實驗結果表明,將該模型集成在基于GPU的光線投射方法中相比主流的心臟解剖結構可視化方法具有更好的繪制效果。
　　交互式心臟精細結構可視化針對心臟解剖結構中精細組織難以有效可視化的問題,本文提出了基于統(tǒng)計信息的交互式可視化方法。在保證整體解剖結構有效展示的前提下,該方法能夠讓用戶交互地獲得心臟精細結構的可視化。根據人類對于不同色調的感知,結合光照傳遞函數,本文提

5、出了基于感知的光照增強可視化方法,該方法能夠有效增強被選中的心臟組織,同時抑制其它組織。
　　心臟電生理仿真數據可視化為了有效展示電生理仿真數據的時變屬性,本文提出了電生理仿真數據的在線可視化方法,在保證繪制質量的條件下有效展示了心臟組織電壓分布隨時間的變化。針對心臟內部組織電生理仿真數據難以有效展示的問題,本文提出了多體數據可視化的方法,通過為發(fā)生電生理現象的器官提供解剖結構上下文,準確地展示了電生理仿真數據的空間信息。為了解決