[发明专利]用于心脏机电学的交互计算的方法和系统

权利要求书

1.一种用于患者的心脏功能的交互式计算的方法，包括：

从患者的医学图像数据，生成患者心脏的至少一部分的患者特定的解剖模型；

通过使用患者特定的心脏电生理学模型，针对多个时间步中的每个时间步而在由患者特定的解剖模型限定的计算域上计算患者的心脏电生理学电势，其中对于多个时间步中的每个时间步，作用于计算域的多个节点上的电生理学电势被并行地计算；

通过使用耦合到心脏电生理学模型的心脏生物力学模型，针对多个时间步中的每个时间步而在计算域上计算生物力学的力，其中对于多个时间步中的每个时间步，作用于计算域的多个节点上的生物力学的力被并行地计算，其中所述生物力学的力被并行地计算的步骤包括在模拟开始时预计算映射元素整数查找表，调用计算内核以针对所述计算域的每个网格元素执行计算，以便计算每个网格元素对作用于由该网格元素共享的节点上的生物力学的力的贡献，并且调用累计内核以累计对每个节点的所述贡献；

基于所计算的生物力学的力，在多个时间步中的每个时间步处计算血流和心脏移动；

显示所计算的电生理学电势、生物力学的力和心脏参数；

交互地接收用户输入，以改变以下中的至少一个的参数中的至少一个：患者特定的解剖模型、心脏电生理学模型和心脏生物力学模型；和

重新计算电生理学电势、生物力学的力以及血流和心脏移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中从患者的医学图像数据生成患者心脏的至少一部分的患者特定的解剖模型包括：

在医学图像数据中检测患者特定的左心室模型和患者特定的右心室模型；

将左心室模型和右心室模型融合成表示心肌的单个两心室容积网格；和

基于两心室网格，生成纤维架构的模型，其中纤维架构的模型包括纤维和纤维片。

3.根据权利要求1所述的方法，其中通过使用患者特定的心脏电生理学模型，针对多个时间步中的每个时间步而在由患者特定的解剖模型限定的计算域上计算患者的心脏电生理学电势包括：

通过使用格子-玻尔兹曼电生理学方法，针对多个时间步中的每个时间步而计算网格域的多个节点中每个处的动作电势；和

从医学图像数据和心电图估计心脏电生理学模型的参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其中通过使用患者特定的心脏电生理学模型，针对多个时间步中的每个时间步而在由患者特定的解剖模型限定的计算域上计算患者的心脏电生理学电势是由大规模并行架构执行的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中通过使用耦合到心脏电生理学模型的心脏生物力学模型，针对多个时间步中的每个时间步而在计算域上计算生物力学的力包括：

针对多个时间步中的每个时间步，在计算域的多个节点中的每个处计算由于被动应力、主动应力和力学边界条件而引起的力；和

从医学图像数据，估计生物力学模型的参数。

6.根据权利要求5所述的方法，其中针对多个时间步中的每个时间步，在网格域的多个节点中的每个处计算由于被动应力、主动应力和力学边界条件而引起的力包括：

通过使用组织生物力学的本构定律来计算由于被动应力而引起的力；

基于使用心脏电生理学模型而估计的心脏电生理学，计算由于主动应力而引起的力；和

基于对应于动脉和心房在心室运动上的效应的第一约束和对应于心包膜效应的第二约束，计算由于力学边界条件而引起的力。

7.根据权利要求1所述的方法，其中通过使用耦合到心脏电生理学模型的心脏生物力学模型，针对多个时间步中的每个时间步而在计算域上计算生物力学的力包括：

通过使用总拉格朗日显式动力学框架，针对多个时间步中的每个时间步而在网格域上计算生物力学的力。

8.根据权利要求1所述的方法，其中显示所计算的电生理学电势、生物力学的力和心脏参数包括：

通过使用移动的计算域和颜色映射，显示以下中的至少一个：所计算的电生理学电势、所计算的生物力学的力、所计算的血流参数和所计算的心脏移动。