心脏电生理的快速仿真和交互式可视化方法研究

发布时间：2021-07-30 22:35

　　虚拟心脏是运用数学建模和计算机仿真的方法在计算机中再现心脏结构和功能的研究课题。其目的是揭示心脏的运行机制并且研究临床医学中存在的难以解释的生理现象以及心脏对药物作用的反应。心脏的电生理仿真是虚拟心脏研究的主要研究内容,通过电生理现象能够分析心脏生理、病理和药理方面的问题。可视化方法是通过虚拟心脏在计算机中再现心脏的基础,是验证虚拟心脏仿真和建模结果的重要手段。因此对于心脏的电生理仿真和可视化的研究对于整个虚拟心脏研究领域都有极其重要的作用。本文从心脏电生理仿真和可视化研究中存在的问题入手,研究电生理仿真方法和心脏解剖结构数据以及电生理数据的可视化方法。尝试通过图形处理器（Graphics Processing Unit,GPU）建立心脏解剖数据可视化和功能数据可视化之间的联系,以及电生理仿真和可视化之间的联系。本文主要工作如下：基于GPU的快速心脏电生理仿真心脏电生理仿真存在的主要问题是难以找到一种有效仿真方法实现。本文提出了基于GPU的快速电生理仿真方法,分析了心脏电生理仿真过程的并行性,讨论了运用GPU实现电生理仿真的可行性,并且实现了基于GPU的快速电生理仿真方法。针对电生理仿... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
        1.1.1 课题研究背景
        1.1.2 课题研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 虚拟心脏建模与仿真研究
        1.2.2 心脏可视化方法研究现状
    1.3 现有心脏电生理仿真以及可视化中存在的问题
    1.4 课题来源
    1.5 本论文主要研究内容
第2章 基于GPU的快速电生理仿真方法研究
    2.1 引言
    2.2 GPU通用计算
        2.2.1 线程组织层次
        2.2.2 内存组织层次
    2.3 基于GPU的快速电生理仿真方法
        2.3.1 心肌组织模型
        2.3.2 相场法
        2.3.3 心脏电生理仿真过程的并行性
        2.3.4 心肌细胞数据结构
        2.3.5 仿真方法实现
    2.4 仿真方法优化
    2.5 实验结果分析
        2.5.1 实验设置
        2.5.2 实验结果分析
    2.6 本章小结
第3章 基于GPU的心脏解剖结构可视化方法研究
    3.1 引言
    3.2 数据可视化基础
        3.2.1 可视化流水线
        3.2.2 体绘制中的光线传播模型
    3.3 传递函数设计
        3.3.1 数据中心的传递函数设计方法
        3.3.2 图像中心的传递函数设计方法
    3.4 基于GPU实时心脏组织分割可视化方法
        3.4.1 心脏解剖数据
        3.4.2 纹理切片方法
        3.4.3 实时心脏组织分割可视化方法
        3.4.4 实验结果分析
    3.5 改进的Context-Preserving心脏解剖结构绘制方法
        3.5.1 基于GPU的光线投射方法
        3.5.2 基于Context-Preserving模型的心脏解剖结构绘制
        3.5.3 改进的Context-Preserving心脏解剖结构绘制方法
        3.5.4 实验结果分析
    3.6 本章小结
第4章 心脏精细结构交互式可视化方法研究
    4.1 引言
    4.2 基于统计信息的交互式传递函数设计
        4.2.1 心脏解剖结构数据灰度值统计
        4.2.2 基于统计信息的交互式传递函数设计
        4.2.3 基于梯度信息的交互式传递函数设计
        4.2.4 实验结果分析
    4.3 基于感知的光照增强可视化方法
        4.3.1 体绘制光照模型
        4.3.2 光照传递函数
        4.3.3 基于感知的光照增强可视化方法
        4.3.4 实验结果分析
    4.4 本章小结
第5章 多体数据电生理仿真结果可视化
    5.1 引言
    5.2 二维电生理仿真结果在线可视化
    5.3 电生理仿真数据的多体数据可视化方法
    5.4 三维电生理仿真数据的多体数据在线可视化方法
    5.5 实验结果分析
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GPUs可视化技术的心脏辅助诊断系统研究[J]. 陈宇珂,吴效明,杨荣骞,欧陕兴,郑理华.  医疗卫生装备. 2011(10)
[2]基于精细解剖结构的左心室心肌缺血仿真[J]. 吕伟刚,王宽全,左旺孟,黎捷,张恒贵.  哈尔滨工业大学学报. 2011(03)
[3]Phase field simulation of dendrite growth under convection[J]. Yutian DING,Xunfeng YUAN,Tingbiao GUO and Yong HU State Key Laboratory of Gansu Advanced Non-Ferrous Metal Materials,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China.  Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2010(02)
[4]CUDA并行程序的内存访问优化技术研究[J]. 邹岩,杨志义,张凯龙.  计算机测量与控制. 2009(12)
[5]平行坐标原理与研究现状综述[J]. 徐永红,高直,金海龙,刘文远.  燕山大学学报. 2008(05)
[6]全心脏电生理模型的仿真应用[J]. 朱浩,尹炳生,朱代谟.  生物医学工程学杂志. 2003(01)
[7]心电激励下的人体左心室力学响应分析[J]. 夏灵,刘锋.  计算力学学报. 2002(04)
[8]人体左心室复合材料有限元机械模型的建立[J]. 吴国华,刘峰,夏灵,吕维雪.  中国生物医学工程学报. 2002(05)
[9]一个三维医学图像实时可视化系统4D View[J]. 刘济全,冯靖,蔡超,段会龙.  生物医学工程学杂志. 2002(03)
[10]等参变换在人体左心室三维有限元机械模型中的应用[J]. 刘锋,吴国华,吕维雪.  生物物理学报. 2000(01)

博士论文
[1]跳动心脏的计算机仿真及其分布式软件架构的设计[D]. 张力锋.浙江大学 2001

硕士论文
[1]基于真实人体心脏数据的电生理建模及心肌缺血仿真研究[D]. 曹蕾.哈尔滨工业大学 2010



本文编号：3312251