心脏，作为生命的发动机，其运作背后的复杂性一直以来都令众多科学家感到着迷。心脏的电生理异常可能引发心律失常等严重健康问题，深入理解这些异常对于心脏病的诊断与治疗至关重要。然而，传统研究方法因伦理和实验条件的限制，往往难以取得显著进展。

近年，研究人员开始关注计算机仿真技术，试图构建“数字双胞胎心脏”，在虚拟环境中重现心脏的运作。然而，虚拟心脏仿真的计算资源需求极其庞大，模拟几毫秒的心脏活动可能需要进行数十亿次的计算，重现一秒钟的心脏电活动则需耗费数小时乃至更长时间，严重限制其在临床及药物研发中的应用。

心脏

图源备注：图片由AI生成，图片授权服务商Midjourney

 近期，智源研究院成功开发了一套实时心脏电生理仿真系统，推动虚拟心脏进入“超实时”时代！这意味着，模拟一秒钟的心脏活动，计算机仅需0.84秒便可完成!

这一创新绝非偶然，这套系统具体改善了哪些方面呢？先来探讨一下心脏的重要性。心脏是我们生命的动力源泉，持续泵送血液，向全身供给氧气和营养。心跳依赖于电信号，若心脏电生理出现异常，可能会引发心律失常，严重时危及生命。

因此，医生和科学家们一直致力于揭示心脏电生理的奥秘，但传统实验方法受到伦理限制及复杂实验条件的影响，进展缓慢。在此背景下，计算机仿真技术展现出巨大潜力。科学家们开始尝试在电脑上构建“虚拟心脏”，以便于深入研究心脏电生理现象。

然而，虚拟心脏仿真绝非简单，它对计算资源的需求令人惊讶。想象一下，心脏中众多细胞的电活动需要精确模拟，计算量庞大到令人咋舌！以往技术即使是模拟几毫秒的心脏活动也需要数十亿次的计算，重现一秒钟的心脏电活动则长达数小时，这种效率严重制约了临床应用及药物研发。

而智源研究院开发的系统，直接将虚拟心脏的仿真速度提升至“超实时”水平，医生和研究人员可以像观看电影般观察心脏活动，并可随时暂停、快进或倒退，极大地方便了研究过程！

那么，智源研究院是如何实现“超实时”的呢？他们的成功并非偶然，而是付出了巨大努力。

首先，他们对心脏模型的解剖结构进行了深度优化。研究发现，心脏内部有大量空腔，真正的心肌组织仅占1/3的空间。因此，他们设计了一种特别的数据结构，专门用于存储有效的心肌组织数据，这样计算机就无需浪费时间处理无用的空腔数据，自然提高了效率。

其次，他们改进了心肌细胞电生理的计算方法，采用一种称为“量化”的技术，使复杂的计算过程得以简化。同时，使用“循环展开”的策略，减少了数据读取次数，这大幅提升了计算速度。

最后，他们对计算系统的硬件架构进行了优化，充分利用现代GPU的强大计算能力，优化了数据传输和通讯方式，使数据在各计算单元间能够迅速流动，进一步提升计算效率。

通过上述优化措施，智源研究院最终实现了心脏仿真速度提升180倍的惊人成就，这在心脏仿真领域绝对是一次开创性的突破！

这一成果不仅为心律失常机制研究、手术规划、新药研发等领域带来了新的希望，也为其他复杂物理系统的实时仿真提供了宝贵经验，标志着心脏仿真技术发展的又一里程碑！