虚拟心脏是综合运用计算机强大的计算能力以及图形显示能力,对真实心脏的解剖结构、电生理等方面的特性进行仿真。虚拟心脏电生理仿真数学模型由常微分方程组构成的心肌细胞模型和反应扩散形式偏微分方程的心脏组织模型两个部分组成。随着心肌细胞模型越来越丰富和心脏组织模型越来越精细,虚拟心脏仿真计算规模越来越大。庞大的计算量已经成为虚拟心脏研究发展的瓶颈。为了提高虚拟心脏模型计算速度,本文从快速数值计算方法和并行计算两个方面开展了研究。首先,根据心肌细胞动作电位信号的特征和心脏组织模型反应扩散过程相对独立的特点,提出一种变时间步长自适应数值方法,并与龙格库塔法进行比较,在效率和精度方面进行分析。其次,针对包含几百万个心肌细胞模型的三维心脏组织模型,进行了并行化计算方法研究,提出了二分区域分解法和标准差权重调节法两种区域分解法,并进行了加速性能分析。最后,在32个CPU集群环境下,采用MPI技术实现变时间步长自适应方法,并进行心脏电生理活动的初步仿真研究。仿真结果显示,本文提出的方法将心脏组织模型的计算效率提高了一个数量级,并能够正确模拟心室电传导过程。为虚拟心脏研究提供了一个高效的研究手段。