本技術主要涉及生物醫學工程仿真領域，尤其涉及一種心臟電生理仿真系統。

背景技術：

1、基于心臟的仿真模擬技術能夠對心臟特性、疾病等進行模擬仿真，能夠幫助醫生進行疾病的診斷或評估，具有重要意義。目前，在心臟的仿真模擬研究中，通常是通過比較多的電極，在軀干表面采集多導聯的心電信號，然后通過傳導矩陣，以心電逆問題的形式反推心外膜動作電位時相圖分布，進而對病灶和治療方案進行評估。然而，心電逆問題的相關技術面臨著原理和精度上的困難。原理上，心電逆問題依靠邊界元方法，計算心外膜和軀干體表幾何網格之間的傳導矩陣，以建立對應網格上電勢之間的關系。傳導矩陣的計算對于幾何網格的精度及其敏感，并且受到病人自身胸腔、肺等其他器官生理參數的干擾，導致得到的傳導矩陣精度有限。此外，逆問題求解的方程是嚴重欠定的方程，這使得數值解在計算時嚴重不穩定。軀干體表的電極精度和數量作為輸入參數，對于欠定方程而言始終無法達到消除這種不穩定性所需要的準確度。

2、因此，逆問題所得到的解能夠滿足的精度非常有限。如果以此來預測病灶點，例如心律失常病灶點，其準確性并不可靠。

3、本技術發明人在公開號為cn119028528a的中國專利申請中提出了一種用于心臟消融方案評估的仿真系統，能夠更為精確地模擬實際心肌纖維電生理活動的仿真系統。為了更加準確地模擬心臟的真實起搏過程，對電信號在希氏束和浦肯野纖維細胞網絡中的傳導進行模擬，本技術發明人提出了本技術的心臟電生理仿真系統。

技術實現思路

1、本技術針對上述的技術問題，提供一種心臟電生理仿真系統，能夠仿真包括希氏束和浦肯野纖維網絡的心室傳導網絡，實現對整體心臟電生理活動的仿真。

2、為解決上述技術問題，本技術提供了一種心臟電生理仿真系統，包括：圖像獲取模塊，用于獲取多幅胸腔圖像，所述胸腔圖像中包含心室圖像；三維網格重建模塊，用于根據述多幅胸腔圖像通過有限元的方法獲得心室三維網格；心室傳導網絡構造模塊，用于根據所述心室三維網格生成心室傳導網絡，以模擬心臟動作電位在心室中的傳導，其中，所述心室傳導網絡包括希氏束和浦肯野纖維網絡，所述心室傳導網絡包括多個第一網格點，每個第一網格點的幾何位置共用所述心室三維網格的點云；電生理參數仿真模塊，用于根據所述第一網格點的幾何位置和電生理參數對心臟動作電位在心室中的傳導過程進行仿真，其中，所述電生理參數包括細胞層面參數和組織層面參數，所述細胞層面參數包括離子通道的電流參數，所述組織層面參數包括電導率、電信號傳播速率和起搏刺激參數；以及動態模擬模塊，用于根據所述心臟動作電位在心室中的傳導過程對心臟電信號進行仿真，獲得動態仿真結果。

3、在本技術的一實施例中，所述心室傳導網絡構造模塊被配置為采用下面的方法來模擬生成所述心室傳導網絡：采用分形方法形成二維分形網絡；將所述二維分形網絡投影到心內膜表面上生成三維分形網絡，其中，所述心內膜表面是非平滑表面；以及將所述三維分形網絡作為所述心室傳導網絡。

4、在本技術的一實施例中，所述采用分形方法形成二維分形網絡，包括：采用分形方法創建所述二維分形網絡的初始節點和初始分支，所述初始分支具有初始生長方向；從所述初始分支的末端創建多個新分支，并從所述新分支迭代創建下一世代新分支，生成所述二維分形網絡，其中，在迭代過程中，根據心室的幾何結構設置分形運動參數，所述分形運動參數包括：分支長度、分支角度和排斥參數。

5、在本技術的一實施例中，每個分支包括n個線段和n+1個節點，所述n+1個節點相互排斥生成曲線，其中，每個節點的方向向量是由前一個節點的方向向量和距離梯度決定，n是自然數。

6、在本技術的一實施例中，所述將所述二維分形網絡投影到心內膜表面上生成三維分形網絡，包括：獲得當前節點的頂點法向，所述頂點法向是所述當前節點的鄰接分形網格的所有法向的加權和；通過所述頂點法向將所述當前節點投影到由分形網格定義的表面上；判斷所述當前節點的投影結果是否位于分形網格內；若所述當前節點的投影結果不位于分形網格內，通過網格單元的表面法向將所述投影結果投影到所述表面上。

7、在本技術的一實施例中，所述通過網格單元的表面法向將所述投影結果投影到所述表面上，包括：計算當前第k個節點之前的所有k-1個節點上的方向向量，k是正整數；根據所述方向向量和所有k-1個節點的分支線段長度向所述表面投影所述第k個節點；若投影后的所述第k個節點位于分形網格內，或節點線段長度大于等于一預設范圍，則繼續投影下一節點，否則停止迭代過程。

8、在本技術的一實施例中，采用下面的公式計算所述距離梯度：

9、，

10、其中，?是預設的常數，ei表示笛卡爾基向量，k表示所述心室傳導網絡上的當前節點的序號，i表示三維坐標的某一分量x,y,z，g表示距離梯度，pk表示第k個節點在所述心室三維網格上的線段長度，distcp表示返回節點k到網絡中最近節點的距離的函數。

11、在本技術的一實施例中，采用下面的公式計算第k個節點的方向向量dk：

12、，

13、其中，w表示分形結構的排斥參數，dk-1表示第k-1個節點的方向向量，表示第k-1個節點的距離梯度；

14、采用下面的公式根據所述方向向量dk和所有k-1個節點的分支線段長度向所述表面投影所述第k個節點：

15、。

16、在本技術的一實施例中，采用下面的公式初始化方向向量：

17、，

18、其中，d0表示初始節點的初始方向向量，n0表示初始節點的初始法向量，α表示所述分支角度的單步變化角度。

19、在本技術的一實施例中，所述分形方法包括k-d樹方法。

20、在本技術的一實施例中，所述起搏刺激參數對應于起搏刺激，所述起搏刺激包括施加給希氏束的刺激信號。

21、在本技術的一實施例中，所述三維網格重建模塊還用于對所述多幅胸腔圖像進行消融點的標注，并通過有限元的方法獲得心臟三維網格，所述消融點包括將要實施消融的預估消融點，和/或，已經實施過消融的實際消融點；所述心臟電生理仿真系統還包括：纖維旋向計算模塊，用于根據所述心臟三維網格計算心肌纖維旋向獲得所述心臟三維網格上的每個第二網格點對應的心肌纖維旋向的方向向量；所述電生理參數仿真模塊還用于根據第二網格點的幾何位置、第二網格點對應的纖維旋向和電生理參數對心臟動作電位激動過程進行仿真，其中，所述電生理參數包括細胞層面參數和組織層面參數，所述細胞層面參數包括離子通道的電流參數，所述組織層面參數包括不同心臟區域的電導率、起搏刺激參數和根據所述心肌纖維旋向的方向向量設置的電信號的傳播速率。

22、在本技術的一實施例中，述電生理參數仿真模塊基于第一離子通道模型獲得所述心室傳導網絡上的每個第一網格點對應的離子通道的電流參數，并且基于第二離子通道模型獲得所述心臟三維網格上的每個第二網格點對應的離子通道的電流參數，所述第一離子通道模型和所述第二離子通道模型不同。

23、在本技術的一實施例中，所述第一網格點和所述第二網格點共用所述心室三維網格的點云，所述心室傳導網絡的端部和所述心臟三維網格的端部相連接，電信號能從所述心室傳導網絡傳導至所述心臟三維網格。

24、本技術的心臟電生理仿真系統通過圖像獲取模塊獲得多幅胸腔圖像，并通過心室傳導網絡構造模塊模擬心臟動作電位在心室中的傳導，通過電生理參數仿真模塊設置心室傳導網絡中的每個第一網格點對應的生理參數，通過動態模擬模塊對心臟動作電位在心室中的傳導過程對心臟電信號進行仿真，能夠針對被試者實現個性化的心臟電生理仿真，結果準確，時效性好，有利于輔助用戶對仿真結果的應用。