Les anomalies de l’électrophysiologie cardiaque peuvent entraîner des arythmies graves, et une compréhension approfondie de leurs mécanismes de fonctionnement est cruciale pour le diagnostic et le traitement des maladies cardiaques. Cependant, les méthodes de recherche traditionnelles sont limitées par les conditions éthiques et expérimentales. Ces dernières années, la technologie de simulation informatique a fourni une nouvelle façon d’étudier l’électrophysiologie cardiaque, mais les coûts de calcul élevés limitent son application. Cet article présentera le système de simulation d'électrophysiologie cardiaque en temps réel développé par l'Institut de recherche Zhiyuan. Ce système réalise une percée en temps réel dans la simulation de l'activité cardiaque et apporte un nouvel espoir à la recherche sur les maladies cardiovasculaires.
Le mystère du cœur, moteur de la vie, a toujours attiré l’attention d’innombrables scientifiques. Les anomalies de l'électrophysiologie cardiaque peuvent entraîner de graves problèmes de santé tels que des arythmies, et une compréhension approfondie de ceux-ci est cruciale pour le diagnostic et le traitement des maladies cardiaques. Cependant, les méthodes de recherche traditionnelles sont limitées par des conditions éthiques et expérimentales, ce qui rend difficile la réalisation de percées.
Ces dernières années, les scientifiques se sont tournés vers la simulation informatique, essayant de construire un « cœur jumeau numérique » pour reproduire les battements du cœur dans le monde virtuel. Cependant, la simulation cardiaque virtuelle est extrêmement gourmande en ressources informatiques. Il faut des milliards de calculs pour simuler quelques millisecondes d'activité cardiaque, et il faut des heures, voire plus, pour reproduire une seconde d'activité électrique cardiaque, ce qui limite considérablement son utilisation dans les applications. développement clinique et médicamenteux.
Récemment, l'Institut de recherche Zhiyuan a développé avec succès un système de simulation d'électrophysiologie cardiaque en temps réel, faisant entrer les battements du cœur virtuel dans l'ère du « super temps réel ». En d'autres termes, pour simuler 1 seconde d'activité cardiaque, l'ordinateur ne prend que 0,84 ! secondes pour terminer la simulation, j'ai réussi !
Ce n’est pas une blague. Qu’est-ce qu’il y a de si génial dans ce système ? Parlons d’abord de la raison pour laquelle le cœur est si important. Le cœur est le moteur de notre vie, pompant constamment le sang et fournissant de l’oxygène et des nutriments à tout le corps. Les battements du cœur dépendent de signaux électriques. S'il y a un problème avec l'électrophysiologie du cœur, cela provoquera une arythmie, qui peut même mettre la vie en danger dans les cas graves.
Par conséquent, les médecins et les scientifiques ont toujours voulu étudier les mystères de l’électrophysiologie cardiaque, mais les méthodes expérimentales traditionnelles sont soit limitées par des problèmes éthiques, soit les conditions expérimentales sont trop complexes et les progrès sont lents. À l’heure actuelle, la technologie de simulation informatique s’avère utile. Les scientifiques ont commencé à essayer de construire un « cœur virtuel » dans l'ordinateur pour simuler le processus de battement du cœur, afin de pouvoir étudier plus facilement l'électrophysiologie cardiaque.
Cependant, la simulation d’un cœur virtuel n’est pas une tâche facile et nécessite des ressources informatiques extrêmement élevées. Pensez-y, il y a tellement de cellules dans le cœur, et chaque cellule subit constamment une activité électrique. Si vous voulez la simuler avec précision, la quantité de calculs est tout simplement astronomique avec la technologie précédente, il fallait simuler l’activité cardiaque pendant quelques millisecondes ! Avec un milliard de calculs, il faudrait des heures, voire plus, pour reproduire une seconde d'activité électrique cardiaque. Cette efficacité est trop faible et ne peut pas être utilisée dans le développement clinique et médicamenteux.
Le système développé par l'Institut de recherche Zhiyuan augmente directement la vitesse de battement du cœur virtuel jusqu'à un niveau « en super temps réel », ce qui signifie que les médecins et les chercheurs peuvent observer l'activité du cœur comme si on regardait un film, et peuvent faire une pause et avancer rapidement. à tout moment, en revenant en arrière, tu peux étudier ce que tu veux, ce n’est pas très pratique !
Alors, comment l'Institut de recherche Zhiyuan parvient-il à réaliser le « super temps réel » ? Ils ne se contentent pas d'en parler avec désinvolture, ils y ont déployé de réels efforts !
Premièrement, ils ont profondément optimisé l’anatomie du modèle cardiaque. Ils ont découvert qu'il existe en réalité de nombreuses cavités dans le cœur et que le véritable tissu myocardique n'occupe qu'un tiers de l'espace. Par conséquent, ils ont conçu une structure de données spéciale spécifiquement utilisée pour stocker des données valides sur les tissus myocardiques. De cette manière, l’ordinateur ne perd pas de temps à traiter des données inutiles sur la cavité et l’efficacité est naturellement améliorée.
Deuxièmement, ils ont amélioré les méthodes informatiques pour l’électrophysiologie des cardiomyocytes. Ils ont utilisé une technologie appelée « quantification » pour simplifier le processus de calcul complexe, et ont également utilisé une stratégie appelée « expansion de boucle » pour réduire le nombre de lectures de données. De cette manière, la vitesse de calcul a été considérablement améliorée.
Enfin, ils ont également optimisé l'architecture matérielle du système informatique. Ils exploitent pleinement la puissante puissance de calcul des GPU modernes, optimisent la transmission des données et les méthodes de communication, permettent aux données de circuler rapidement entre les différentes unités informatiques et améliorent encore l'efficacité informatique.
Grâce à ces stratégies d'optimisation, l'Institut de recherche Zhiyuan a finalement réussi à multiplier par 180 la vitesse de simulation cardiaque, ce qui constitue sans aucun doute une avancée révolutionnaire dans le domaine de la simulation cardiaque !
Cette réalisation apporte non seulement un nouvel espoir dans les domaines de la recherche sur les mécanismes de l'arythmie, de la planification chirurgicale, de la recherche et du développement de nouveaux médicaments, mais fournit également une expérience précieuse pour la simulation en temps réel d'autres systèmes physiques complexes. de la technologie de simulation cardiaque.
Ce résultat révolutionnaire de l'Institut de recherche Zhiyuan marque l'entrée de la technologie de simulation électrophysiologique cardiaque dans une nouvelle ère, fournissant un outil puissant pour la recherche et le traitement futurs des maladies cardiovasculaires, ainsi que pour la simulation en temps réel d'autres systèmes physiques complexes. référence.