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(yùn)用數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)仿真的方法在計(jì)算機(jī)中再現(xiàn)心臟結(jié)構(gòu)和功能的研究課題。其目的是揭示心臟的運(yùn)行機(jī)制并且研究臨床醫(yī)學(xué)中存在的難以解釋的生理現(xiàn)象以及心臟對(duì)藥物作用的反應(yīng)。心臟的電生理仿真是虛擬心臟研究的主要研究?jī)?nèi)容,通過電生理現(xiàn)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(jì)算機(jī)中再現(xiàn)心臟的基礎(chǔ),是驗(yàn)證虛擬心臟仿真和建模結(jié)果的重要手段。因此對(duì)于心臟的電生理仿真和可視化的研究對(duì)于整個(gè)虛擬心臟研究領(lǐng)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(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以及電生理數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)可視化和功能數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)。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(yùn)用GPU實(shí)現(xiàn)電生理仿真的可行性,并且實(shí)現(xiàn)了基于GPU的快速電生理仿真方法。針對(duì)電生理仿真過程的特點(diǎn)探討了仿真方法的優(yōu)化策略。
　　基于GPU的心臟解剖結(jié)構(gòu)可視化心臟解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜且內(nèi)部組織相似,使心臟的各個(gè)器官難以有效區(qū)分。針對(duì)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(duì)心臟的堆疊結(jié)構(gòu)中組織間相互遮擋從而導(dǎo)致各個(gè)組織的輪廓信息難以有

4、效展示的問題,本文提出了改進(jìn)的Context-Preserving模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)構(gòu)可視化方法具有更好的繪制效果。
　　交互式心臟精細(xì)結(jié)構(gòu)可視化針對(duì)心臟解剖結(jié)構(gòu)中精細(xì)組織難以有效可視化的問題,本文提出了基于統(tǒng)計(jì)信息的交互式可視化方法。在保證整體解剖結(jié)構(gòu)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(xì)結(jié)構(gòu)的可視化。根據(jù)人類對(duì)于不同色調(diào)的感知,結(jié)合光照傳遞函數(shù),本文提

5、出了基于感知的光照增強(qiáng)可視化方法,該方法能夠有效增強(qiáng)被選中的心臟組織,同時(shí)抑制其它組織。
　　心臟電生理仿真數(shù)據(jù)可視化為了有效展示電生理仿真數(shù)據(jù)的時(shí)變屬性,本文提出了電生理仿真數(shù)據(jù)的在線可視化方法,在保證繪制質(zhì)量的條件下有效展示了心臟組織電壓分布隨時(shí)間的變化。針對(duì)心臟內(nèi)部組織電生理仿真數(shù)據(jù)難以有效展示的問題,本文提出了多體數(shù)據(jù)可視化的方法,通過為發(fā)生電生理現(xiàn)象的器官提供解剖結(jié)構(gòu)上下文,準(zhǔn)確地展示了電生理仿真數(shù)據(jù)的空間信息。為了解決