Kelainan pada elektrofisiologi jantung dapat menyebabkan aritmia parah, dan pemahaman mendalam tentang mekanisme kerjanya sangat penting dalam diagnosis dan pengobatan penyakit jantung. Namun, metode penelitian tradisional dibatasi oleh kondisi etika dan eksperimental. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi simulasi komputer telah memberikan cara baru untuk mempelajari elektrofisiologi jantung, namun biaya komputasi yang tinggi membatasi penerapannya. Artikel ini akan memperkenalkan sistem simulasi elektrofisiologi jantung real-time yang dikembangkan oleh Zhiyuan Research Institute. Sistem ini mencapai terobosan super-real-time dalam simulasi aktivitas jantung dan membawa harapan baru bagi penelitian penyakit kardiovaskular.
Misteri hati, mesin kehidupan, selalu menarik perhatian banyak ilmuwan. Kelainan pada elektrofisiologi jantung dapat menyebabkan masalah kesehatan yang serius seperti aritmia, dan pemahaman menyeluruh mengenai masalah tersebut sangat penting dalam diagnosis dan pengobatan penyakit jantung. Namun, metode penelitian tradisional dibatasi oleh kondisi etika dan eksperimental, sehingga sulit mencapai terobosan.
Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan mengalihkan perhatian mereka ke simulasi komputer, mencoba membangun "jantung kembar digital" untuk mereproduksi detak jantung di dunia maya. Namun, simulasi jantung virtual sangat menuntut sumber daya komputasi. Dibutuhkan miliaran kalkulasi untuk mensimulasikan beberapa milidetik aktivitas jantung, dan memerlukan waktu berjam-jam atau bahkan lebih lama untuk mereproduksi satu detik aktivitas listrik jantung, yang sangat membatasi penggunaannya pengembangan klinis dan obat.
Baru-baru ini, Zhiyuan Research Institute berhasil mengembangkan sistem simulasi elektrofisiologi jantung real-time, membawa detak jantung virtual ke era "super real-time"! Dengan kata lain, untuk mensimulasikan aktivitas jantung 1 detik, komputer hanya membutuhkan 0,84 detik untuk menyelesaikan simulasi.
Ini bukan lelucon. Apa hebatnya sistem ini? Mari kita bahas dulu mengapa hati begitu penting. Jantung adalah mesin kehidupan kita, yang terus-menerus memompa darah dan mengantarkan oksigen serta nutrisi ke seluruh tubuh. Detak jantung bergantung pada sinyal listrik. Jika terjadi masalah pada elektrofisiologi jantung, maka akan menyebabkan aritmia yang bahkan dapat mengancam nyawa pada kasus yang parah.
Oleh karena itu, para dokter dan ilmuwan selalu ingin mempelajari misteri elektrofisiologi jantung, namun metode eksperimental tradisional dibatasi oleh masalah etika atau kondisi eksperimental terlalu rumit dan kemajuannya lambat. Saat ini, teknologi simulasi komputer sangat berguna. Para ilmuwan mulai mencoba membangun "jantung virtual" di komputer untuk mensimulasikan proses detak jantung, sehingga mereka dapat lebih mudah mempelajari elektrofisiologi jantung.
Namun, simulasi jantung virtual bukanlah tugas yang mudah dan memerlukan sumber daya komputasi yang sangat tinggi. Coba pikirkan, ada begitu banyak sel di jantung, dan setiap sel terus-menerus menjalani aktivitas listrik. Jika Anda ingin mensimulasikannya secara akurat, jumlah perhitungannya sungguh luar biasa! Dengan teknologi sebelumnya, diperlukan simulasi aktivitas jantung selama beberapa milidetik perhitungan. Dengan satu miliar perhitungan, diperlukan waktu berjam-jam atau bahkan lebih lama untuk mereproduksi satu detik aktivitas listrik jantung. Efisiensi ini terlalu rendah dan tidak dapat digunakan dalam pengembangan klinis dan obat.
Sistem yang dikembangkan oleh Zhiyuan Research Institute secara langsung meningkatkan kecepatan detak jantung virtual ke tingkat "super real-time", yang berarti bahwa dokter dan peneliti dapat mengamati aktivitas jantung seperti menonton film, dan dapat menjeda dan mempercepatnya pada saat yang sama. kapan saja., mundur, Anda dapat mempelajari apa pun yang Anda inginkan, itu tidak terlalu nyaman!
Jadi, bagaimana Zhiyuan Research Institute mencapai "super real-time"? Mereka tidak hanya membicarakannya dengan santai, mereka telah berupaya keras untuk mewujudkannya!
Pertama, mereka mengoptimalkan anatomi model jantung secara mendalam. Mereka menemukan bahwa sebenarnya terdapat banyak rongga di jantung, dan jaringan miokardium yang sebenarnya hanya menempati 1/3 dari ruang tersebut. Oleh karena itu, mereka merancang struktur data khusus yang khusus digunakan untuk menyimpan data jaringan miokard yang valid. Dengan cara ini, komputer tidak perlu membuang waktu untuk memproses data rongga yang tidak berguna, dan efisiensinya meningkat secara alami.
Kedua, mereka meningkatkan metode komputasi untuk elektrofisiologi kardiomiosit. Mereka menggunakan teknologi yang disebut "kuantisasi" untuk menyederhanakan proses penghitungan yang kompleks, dan juga menggunakan strategi yang disebut "ekspansi loop" untuk mengurangi jumlah pembacaan data.
Terakhir, mereka juga mengoptimalkan arsitektur perangkat keras dari sistem komputasi. Mereka memanfaatkan sepenuhnya kekuatan komputasi GPU modern yang kuat, mengoptimalkan transmisi data dan metode komunikasi, memungkinkan data mengalir dengan cepat antar unit komputasi yang berbeda, dan semakin meningkatkan efisiensi komputasi.
Melalui strategi pengoptimalan ini, Zhiyuan Research Institute akhirnya mencapai peningkatan kecepatan simulasi jantung sebesar 180 kali lipat, yang tentunya merupakan terobosan terobosan dalam bidang simulasi jantung!
Pencapaian ini tidak hanya membawa harapan baru dalam bidang penelitian mekanisme aritmia, perencanaan bedah, penelitian dan pengembangan obat baru, namun juga memberikan pengalaman berharga untuk simulasi real-time sistem fisik kompleks lainnya teknologi simulasi jantung.
Hasil terobosan dari Zhiyuan Research Institute ini menandai masuknya teknologi simulasi elektrofisiologi jantung ke era baru, menyediakan alat yang ampuh untuk penelitian dan pengobatan penyakit kardiovaskular di masa depan, serta simulasi real-time dari sistem fisik kompleks lainnya referensi.