随着生命科学和计算机技术的快速发展，虚拟技术已逐渐延伸至医学领域。作为最重要的动态器官，虚拟心脏的研究正成为生物医学工程领域中具有挑战性的热点课题。
虚拟心脏是一个基于计算机的“有血、有肉”的心脏，它利用计算机建模并通过人机交互来实现从亚细胞、细胞到组织、器官的各层次结构，各种复杂生理、病理和药理过程的仿真实验，从而帮助人们提高对心脏功能和内在机制的认识。同时还可以提供一种快速、有效且精确的环境来模拟真实心脏的生命活动，从而在辅助临床诊断、治疗和外科手术、加速新药的开发等领域发挥巨大的作用。
内容简介 本书从细胞离子通道到组织和器官的多物理尺度上介绍了心脏电活动产生的机制、数学建模及并行计算的理论和方法。通过列举的定量研究实例介绍了电活动工程分析当中需要掌握的电生理特性及研究手段，以及与模型仿真互为补充和印证的心脏光学标测实验技术。另外，还介绍了离子通道和体表的电活动测量方法及电治疗技术，以使读者全面地了解心脏电活动从微观到宏观的研究方法和相关的研究及治疗手段。
虚拟心脏概述
虚拟心脏就是利用计算机强大的计算和图形显示能力，通过给计算机心 脏模型赋予活体心脏所具有的心肌、血流动力学特性，动态电传导特性，生化特性，并结合各种生理病理知识，使之从形态、结构和功能等方面逼真地再现活体心脏的真实活动，包括电活动、心脏收缩跳动、将血液源源不断送出等过程。因此，虚拟心脏可从亚细胞、细胞到组织、器官的各层次结构及各种复杂生理、病理和药理过程等方面利用计算机建模并通过人机交互来实现仿真实验，最终提供一种快速有效 且精确的环境模拟真实心脏的生命活动。它和人们熟知的心脏一样，或者说它非常 接近真实心脏，只是更容易被控制、被“解剖”“检查”或“测量”。
心脏与虚拟心脏
心脏是人体循环系统的核心，它集机、电、神经调控为一体。
虚拟心脏就是一个集机、电、神经和生化控制于一体的综合模型，它的建立需结合丰富的临床实验结果及分子学、生物化学、细胞学和解剖学的相关知识，并与心脏的电学模型和机械模型相结合。
虚拟心脏在医学方面的应用
（1）对于需要手术治疗的心脏病患者，虚拟心脏可以通过参数设置，模拟术后疗效，以判断患者的最佳手术方案，还可以利用 3D 打印技术打印出特定的心脏模型，最大限度地完成心脏病患者的精准个体化治疗。
（2）虚拟心脏还可用于预测器械植入后的心脏功能，如支架植入后的效果，以帮助医生和患者更好地权衡利弊，同时促进医疗器械设计的改进。
（3）通过虚拟心脏可实现新药疗效的评估，降低药物研发的风险和成本。
（4）科研人员还通过 3D 的 CT 和 MRI 技术建立了虚拟心脏模型，用于室性心动过速（VT）的电生理研究，并帮助判断和预测不同消融靶点对电活动的影响。
虚拟心脏在提高人们对心脏功能和内在机制的认识，辅助临床诊断、治疗和外科手术，加速新药的开发等领域不仅显现出了重要的学术研究价值，而且有巨大、潜在的应用和社会经济价值。
虚拟心脏在科研方面的应用
（1）在进行复杂研究时，如在细胞或亚细胞水平，可以克服在体或离体研究方法对研究时间的限制。
（2）使用虚拟心脏，研究的开销明显比传统实验方法低。不仅可以节约资金，还减少了对人力资源的需求及涉及的伦理道德限制，如某些法律对离体或者在体研究样本种类、数量的限制。
（3）使用虚拟心脏可对信息进行定量的分析和研究，可在任何想要的时间和空间尺度上研究针对模型表达的某个或某些模块机制。
（4）仿真的结果可用众多的方法进行可视化。信息的收集可以按照个体喜好进行，还可以远程使用模型研究，以及交互式地应用于教学和训练等领域。
虚拟心脏在
药物和仪器开发方面的应用
（l） 通过使用计算机模拟辅助筛选药物的主要化合物来加速药物开发的速度。
（2）简化临床前期的数据评估，帮助预测病理、生理条件下药物对心脏的影响和作用机制。
（3）减小伦理、临床测试阶段患者潜在的风险。
虚拟心脏的社会附加值
（1）虚拟现实和增强现实技术的应用，可实现交互式的计算机模拟，对医生的职业培训将大有帮助。
（2）利用计算机模拟技术可以帮助精确诊断和治疗策略的制定，从而减少不必要的医疗负担。
（3）计算机仿真模型将会帮助个体化医疗，实现诊断流程的标准化，从而减少发病率和死亡率，改进人们的生活质量。
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