基于时序分析的心肌细胞电生理仿真方法与装置

本公开的实施例涉及计算机，具体涉及基于时序分析的心肌细胞电生理仿真方法与装置。背景技术：1、心律失常和心源性猝死是全球死亡的主要原因之一。由于动物和人体实验相关的技术和伦理限制，计算生物学主要致力于开发心脏电生理学的详细定量描述，通过计算机模拟验证和进一步探索心律失常的发生机制。计算模型可模拟正常、病理情况下的兴奋和兴奋传播，从而能够详细地研究心律失常的发生机制。此外，这些模型还通过创建个性化的心脏电生理数字孪生模型，提前诊断相关的心脏疾病来预防死亡。2、现有的细胞电活动建模方法可以分成两类，分别是基于详细生物物理原理的机理模型建模方法和基于统计回归的现象模型建模方法。机理模型建模方法通常是基于马尔可夫模型来描述离子通道动力学，然后考虑生物物理原理选择关键生理参数并建立相应的数学方程，最后拟合数据确定参数值。这种方法虽然有效，但费时费力。此外，它通常需要人工理解参数的意义，然后分析细胞层面电活动差异的原因，最终根据主观标准校准参数以实现细胞特异性电活动建模。现象模型建模方法主要通过统计学习方法找到描述数据特征的数学方程或规则以实现模拟和预测观察到的生物物理系统行为，而不直接涉及背后的生物物理机制。因此，现象模型建模方法建模和计算效率更高，而且可以更好地处理实验数据的复杂性和不确定性。然而，基于统计回归的现象模型建模方法通常面临着以下主要问题：1、传统拟合方法需要进行初步的数据分析，手工识别可能的输入输出关系限制了方法表达能力。2、现象模型建模方式拟合能力不足，难以表述高度非线性的细胞电活动，并维持长时间仿真的稳定性。3、现象模型的黑盒特性使得模型的预测过程难以解释，缺少可解释性。技术实现思路1、本公开的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。2、本公开的一些实施例提出了基于时序分析的心肌细胞电生理仿真方法与装置，来解决以上背景技术部分提到的技术问题中的一项或多项。3、第一方面，本公开的一些实施例提供了基于时序分析的心肌细胞电生理仿真方法，该方法包括：采集目标心肌细胞对应的生理属性集对应的各个时序变化轨迹；根据上述各个时序变化轨迹，确定上述目标心肌细胞对应的生物标志物，历史窗口数据和预测窗口数据，其中，上述生物标志物包括：细胞动作电位持续时间标志物和舒张间期标志物；将上述舒张间期标志物和上述各个时序变化轨迹输入至预测网络，得到预测细胞动作电位持续时间标志物；将特定且固定的刺激频率输入至机理模型，得到静态动作电位持续时间标志物和静态时序模板；根据上述预测细胞动作电位持续时间标志物对应值，上述静态动作电位持续时间标志物和上述静态时序模板对应值，确定定制时间模板；根据上述定制时间模板和上述历史窗口数据，确定上述目标心肌细胞对应的预测窗口数据；根据预设刺激方案和初始生理状态，确定上述目标心肌细胞对应的未来生理状态轨迹。4、第二方面，本公开的一些实施例提供了基于时序分析的心肌细胞电生理仿真装置，装置包括：采集单元，被配置成采集目标心肌细胞对应的生理属性集对应的各个时序变化轨迹；第一确定单元，被配置成根据上述各个时序变化轨迹，确定上述目标心肌细胞对应的生物标志物，历史窗口数据和预测窗口数据，其中，上述生物标志物包括：细胞动作电位持续时间标志物和舒张间期标志物；第一输入单元，被配置成将上述舒张间期标志物和上述各个时序变化轨迹输入至预测网络，得到预测细胞动作电位持续时间标志物；第二输入单元，被配置成将特定且固定的刺激频率输入至机理模型，得到静态动作电位持续时间标志物和静态时序模板；第二确定单元，被配置成根据上述预测细胞动作电位持续时间标志物对应值，上述静态动作电位持续时间标志物和上述静态时序模板对应值，确定定制时间模板；更新单元，被配置成根据上述定制时间模板和上述历史窗口数据，确定上述目标心肌细胞对应的预测窗口数据；第三确定单元，被配置成根据预设刺激方案和初始生理状态，确定上述目标心肌细胞对应的未来生理状态轨迹。5、本公开结合细胞兴奋的全或无反应特性和多变量时间序列预测模型对细胞电活动建模方法进行简化和扩展，自适应地根据细胞生理学数据快速推断出对应的生理机制，较为精准稳定地预测细胞生理属性在多种起搏场景下的时序变化。技术特征：1.一种基于时序分析的心肌细胞电生理仿真方法，包括：2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述采集目标心肌细胞对应的生理属性集对应的各个时序变化轨迹，包括：3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述预测细胞动作电位持续时间标志物对应值，所述静态动作电位持续时间标志物和所述静态时序模板对应值，确定定制时间模板，包括：4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据预设刺激方案和初始生理状态，确定所述目标心肌细胞对应的未来生理状态轨迹，包括：5.一种基于时序分析的心肌细胞电生理仿真装置，包括：6.一种电子设备，包括：7.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一所述的方法。技术总结本公开的实施例公开了基于时序分析的心肌细胞电生理仿真方法与装置。该方法的一具体实施方式包括：采集目标心肌细胞对应的生理属性集对应的各个时序变化轨迹；将舒张间期标志物和所述各个时序变化轨迹输入至预测网络，得到预测细胞动作电位持续时间标志物；根据定制时间模板和所述历史窗口数据，确定目标心肌细胞对应的预测窗口数据；根据预设刺激方案和初始生理状态，确定目标心肌细胞对应的未来生理状态轨迹。该实施方式提高了对多种细胞类型电活动仿真的快速收敛性，自适应地根据细胞生理学数据快速推断出对应的生理机制，较为精准稳定地预测细胞生理属性在多种起搏场景下的时序变化。技术研发人员：李帅,陈宇航,崔家浩,郝爱民,赵沁平受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16