隨著生命科學和計算機技術的快速發展，虛擬技術已逐漸延伸至醫學領域。作為最重要的動態器官，虛擬心臟的研究正成為生物醫學工程領域中具有挑戰性的熱點課題。
虛擬心臟是一個基於計算機的“有血、有肉”的心臟，它利用計算機建模並通過人機交互來實現從亞細胞、細胞到組織、器官的各層次結構，各種複雜生理、病理和藥理過程的仿真實驗，從而幫助人們提高對心臟功能和內在機制的認識。同時還可以提供一種快速、有效且精確的環境來模擬真實心臟的生命活動，從而在輔助臨床診斷、治療和外科手術、加速新藥的開發等領域發揮巨大的作用。
內容簡介 本書從細胞離子通道到組織和器官的多物理尺度上介紹了心臟電活動產生的機制、數學建模及並行計算的理論和方法。通過列舉的定量研究實例介紹了電活動工程分析當中需要掌握的電生理特性及研究手段，以及與模型仿真互為補充和印證的心臟光學標測實驗技術。另外，還介紹了離子通道和體表的電活動測量方法及電治療技術，以使讀者全面地瞭解心臟電活動從微觀到宏觀的研究方法和相關的研究及治療手段。
虛擬心臟概述
虛擬心臟就是利用計算機強大的計算和圖形顯示能力，通過給計算機心 髒模型賦予活體心臟所具有的心肌、血流動力學特性，動態電傳導特性，生化特性，並結合各種生理病理知識，使之從形態、結構和功能等方面逼真地再現活體心臟的真實活動，包括電活動、心臟收縮跳動、將血液源源不斷送出等過程。因此，虛擬心臟可從亞細胞、細胞到組織、器官的各層次結構及各種複雜生理、病理和藥理過程等方面利用計算機建模並通過人機交互來實現仿真實驗，最終提供一種快速有效 且精確的環境模擬真實心臟的生命活動。它和人們熟知的心臟一樣，或者說它非常 接近真實心臟，只是更容易被控制、被“解剖”“檢查”或“測量”。
心臟與虛擬心臟
心臟是人體循環系統的核心，它集機、電、神經調控為一體。
虛擬心臟就是一個集機、電、神經和生化控制於一體的綜合模型，它的建立需結合豐富的臨床實驗結果及分子學、生物化學、細胞學和解剖學的相關知識，並與心臟的電學模型和機械模型相結合。
虛擬心臟在醫學方面的應用
（1）對於需要手術治療的心臟病患者，虛擬心臟可以通過參數設置，模擬術後療效，以判斷患者的最佳手術方案，還可以利用 3D 打印技術打印出特定的心臟模型，最大限度地完成心臟病患者的精準個體化治療。
（2）虛擬心臟還可用於預測器械植入後的心臟功能，如支架植入後的效果，以幫助醫生和患者更好地權衡利弊，同時促進醫療器械設計的改進。
（3）通過虛擬心臟可實現新藥療效的評估，降低藥物研發的風險和成本。
（4）科研人員還通過 3D 的 CT 和 MRI 技術建立了虛擬心臟模型，用於室性心動過速（VT）的電生理研究，並幫助判斷和預測不同消融靶點對電活動的影響。
虛擬心臟在提高人們對心臟功能和內在機制的認識，輔助臨床診斷、治療和外科手術，加速新藥的開發等領域不僅顯現出了重要的學術研究價值，而且有巨大、潛在的應用和社會經濟價值。
虛擬心臟在科研方面的應用
（1）在進行復雜研究時，如在細胞或亞細胞水平，可以克服在體或離體研究方法對研究時間的限制。
（2）使用虛擬心臟，研究的開銷明顯比傳統實驗方法低。不僅可以節約資金，還減少了對人力資源的需求及涉及的倫理道德限制，如某些法律對離體或者在體研究樣本種類、數量的限制。
（3）使用虛擬心臟可對信息進行定量的分析和研究，可在任何想要的時間和空間尺度上研究針對模型表達的某個或某些模塊機制。
（4）仿真的結果可用眾多的方法進行可視化。信息的收集可以按照個體喜好進行，還可以遠程使用模型研究，以及交互式地應用於教學和訓練等領域。
虛擬心臟在
藥物和儀器開發方面的應用
（l） 通過使用計算機模擬輔助篩選藥物的主要化合物來加速藥物開發的速度。
（2）簡化臨床前期的數據評估，幫助預測病理、生理條件下藥物對心臟的影響和作用機制。
（3）減小倫理、臨床測試階段患者潛在的風險。
虛擬心臟的社會附加值
（1）虛擬現實和增強現實技術的應用，可實現交互式的計算機模擬，對醫生的職業培訓將大有幫助。
（2）利用計算機模擬技術可以幫助精確診斷和治療策略的制定，從而減少不必要的醫療負擔。
（3）計算機仿真模型將會幫助個體化醫療，實現診斷流程的標準化，從而減少發病率和死亡率，改進人們的生活質量。
科學出版社賽醫學（sci_med）
科學出版社醫藥衛生分社訂閱號
閱讀更多 賽醫學 的文章
