Aceleração de simulações de arritmias cardíacas através de métodos numéricos baseados no esquema Alternating Direction Implicit e computação paralela

• Autor(a) principal: Couto, Guilherme Martins
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFJF
• Texto Completo: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/16604
• topic: Engenharia; Eletrofisiologia computacional; Computational electrophysiology; Simulação de arritmias; Arrhythmia simulation; Computação de alto desempenho; Computing high performance

A arritmia cardíaca é uma condição relacionada a alterações no ritmo dos batimentos do coração. Ela acontece quando os estímulos elétricos não se propagam corretamente pelo miocárdio e pode levar à morte súbita. A modelagem computacional pode ser uma importante aliada na identificação de arritmias graves, além de possibilitar testes virtuais personalizados para o paciente. Nesse contexto, o monodomínio, modelo matemático que descreve a propagação elétrica no tecido cardíaco, é amplamente utilizado. Resolvê-lo, no entanto, ainda é uma tarefa complexa e demorada. Este trabalho apresenta estratégias numéricas e computacionais para acelerar as simulações de arritmias ventriculares. São comparados três métodos numéricos baseados no esquema Alternating Direction Implicit (ADI): Operator Splitting ADI, Second-Order Semi-Implicit ADI e Mixed-Order SemiImplicit ADI. As implementações são paralelizadas usando a biblioteca OpenMP, e quatro métricas são analisadas: a janela de vulnerabilidade, usada para avaliar o risco de arritmia no coração; a velocidade de propagação do estímulo; o erro numérico; e o tempo de execução. Além disso, apresenta-se uma abordagem alternativa com uma implementação paralela para GPUs usando a biblioteca CUDA que é comparada ao simulador MonoAlg3D.