Las anomalías en la electrofisiología cardíaca pueden provocar arritmias graves, y una comprensión profunda de sus mecanismos operativos es crucial para el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades cardíacas. Sin embargo, los métodos de investigación tradicionales están limitados por condiciones éticas y experimentales. En los últimos años, la tecnología de simulación por computadora ha proporcionado una nueva forma de estudiar la electrofisiología cardíaca, pero los altos costos computacionales limitan su aplicación. Este artículo presentará el sistema de simulación de electrofisiología cardíaca en tiempo real desarrollado por el Instituto de Investigación Zhiyuan. Este sistema logra un gran avance en tiempo real en la simulación de la actividad cardíaca y brinda nuevas esperanzas a la investigación de enfermedades cardiovasculares.
El misterio del corazón, motor de la vida, siempre ha atraído la atención de innumerables científicos. Las anomalías en la electrofisiología cardíaca pueden provocar problemas de salud graves, como arritmias, y su comprensión profunda es crucial para el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades cardíacas. Sin embargo, los métodos de investigación tradicionales están limitados por condiciones éticas y experimentales, lo que dificulta lograr avances.
En los últimos años, los científicos han centrado su atención en la simulación por ordenador, intentando construir un "corazón gemelo digital" para reproducir los latidos del corazón en el mundo virtual. Sin embargo, la simulación virtual del corazón requiere recursos informáticos extremadamente exigentes. Se necesitan miles de millones de cálculos para simular unos pocos milisegundos de actividad cardíaca, y se necesitan horas o incluso más para reproducir un segundo de actividad eléctrica del corazón, lo que limita en gran medida su uso. desarrollo clínico y farmacológico.
Recientemente, el Instituto de Investigación Zhiyuan desarrolló con éxito un sistema de simulación de electrofisiología cardíaca en tiempo real, llevando los latidos del corazón virtual a la era del "súper tiempo real". En otras palabras, para simular 1 segundo de actividad cardíaca, la computadora solo necesita 0,84 segundos. segundos para completar la simulación. ¡Lo logró!
Esto no es una broma. ¿Qué tiene de bueno este sistema? Hablemos primero de por qué el corazón es tan importante. El corazón es el motor de nuestras vidas, bombea sangre constantemente y suministra oxígeno y nutrientes a todo el cuerpo. Los latidos del corazón dependen de señales eléctricas. Si hay un problema con la electrofisiología del corazón, provocará arritmia, que en casos graves puede incluso poner en peligro la vida.
Por lo tanto, los médicos y científicos siempre han querido estudiar los misterios de la electrofisiología cardíaca, pero los métodos experimentales tradicionales están limitados por cuestiones éticas o las condiciones experimentales son demasiado complejas y el progreso es lento. En este momento, la tecnología de simulación por computadora resulta útil. Los científicos comenzaron a intentar construir un "corazón virtual" en la computadora para simular el proceso de latido del corazón, de modo que puedan estudiar más cómodamente la electrofisiología cardíaca.
Sin embargo, la simulación de un corazón virtual no es una tarea fácil y requiere recursos informáticos extremadamente elevados. Piénselo, hay tantas células en el corazón y cada célula está constantemente sometida a actividad eléctrica. Si desea simularla con precisión, la cantidad de cálculos es simplemente astronómica. Con la tecnología anterior, se requiere simular la actividad del corazón durante unos pocos milisegundos. Con mil millones de cálculos, se necesitarían horas o incluso más para reproducir un segundo de actividad eléctrica del corazón. Esta eficiencia es demasiado baja y no se puede utilizar en el desarrollo clínico y de fármacos.
El sistema desarrollado por el Instituto de Investigación Zhiyuan aumenta directamente la velocidad de los latidos del corazón virtual a un nivel de "súper tiempo real", lo que significa que los médicos e investigadores pueden observar la actividad del corazón como si estuvieran viendo una película, y pueden pausar y avanzar rápidamente en en cualquier momento, retrocediendo, puedes estudiar lo que quieras, ¡no es muy conveniente!
Entonces, ¿cómo logra el Instituto de Investigación Zhiyuan el "súper tiempo real"? ¡No hablan de ello de manera casual, sino que se han esforzado mucho en ello!
Primero, optimizaron profundamente la anatomía del modelo del corazón. Descubrieron que en realidad hay muchas cavidades en el corazón y que el tejido miocárdico real solo ocupa 1/3 del espacio. Por lo tanto, diseñaron una estructura de datos especial utilizada específicamente para almacenar datos válidos del tejido miocárdico. De esta manera, la computadora no tiene que perder tiempo procesando datos inútiles de la cavidad y, naturalmente, mejora la eficiencia.
En segundo lugar, mejoraron los métodos computacionales para la electrofisiología de los cardiomiocitos. Utilizaron una tecnología llamada "cuantización" para simplificar el complejo proceso de cálculo y también utilizaron una estrategia llamada "expansión de bucle" para reducir la cantidad de lecturas de datos.
Finalmente, también optimizaron la arquitectura de hardware del sistema informático. Aprovechan al máximo la poderosa potencia informática de las GPU modernas, optimizan la transmisión de datos y los métodos de comunicación, permiten que los datos fluyan rápidamente entre diferentes unidades informáticas y mejoran aún más la eficiencia informática.
A través de estas estrategias de optimización, el Instituto de Investigación Zhiyuan finalmente logró un aumento de 180 veces en la velocidad de simulación cardíaca, lo que definitivamente es un avance innovador en el campo de la simulación cardíaca.
Este logro no sólo trae nuevas esperanzas a los campos de la investigación del mecanismo de arritmia, la planificación quirúrgica y la investigación y el desarrollo de nuevos fármacos, sino que también proporciona una valiosa experiencia para la simulación en tiempo real de otros sistemas físicos complejos. Es otro hito en la historia del desarrollo. de la tecnología de simulación cardíaca.
Este resultado revolucionario del Instituto de Investigación Zhiyuan marca la entrada de la tecnología de simulación electrofisiológica cardíaca a una nueva era, proporcionando una herramienta poderosa para la investigación y el tratamiento futuros de enfermedades cardiovasculares, así como la simulación en tiempo real de otros sistemas físicos complejos. referencia.