數(shù)字化虛擬人體在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

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（1 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；2 解放軍第二五三醫(yī)院外科學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010000）

數(shù)字化虛擬人體在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

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（1 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；2 解放軍第二五三醫(yī)院外科學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010000）

數(shù)字化；虛擬人體

數(shù)字化虛擬人體是應(yīng)用影像學(xué)方法將獲取的圖像、圖形以DICOM的格式輸入現(xiàn)代化計算機，利用軟件處理，而得到的人體解剖信息。在計算機上可以真實的顯示人體的三維結(jié)構(gòu)、再現(xiàn)人體的組織、器官及相互之間的比鄰關(guān)系；可以精確的、定量的研究空間關(guān)系，進行手術(shù)設(shè)計、模擬手術(shù)和手術(shù)訓(xùn)練；同時幫助了臨床教學(xué)的真實開展，促進了顯微外科，美容整形外科、介入診斷和治療的發(fā)展。現(xiàn)將數(shù)字化虛擬人體在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用做簡要綜述[1,2]。

1 數(shù)字化人體研究的國內(nèi)外概況

1989年美國國立醫(yī)學(xué)圖書館發(fā)起“可視人計劃”（VHP）由CoLorado大學(xué)承擔(dān)[3]。于1991年8月開始人體數(shù)據(jù)采集和三維結(jié)構(gòu)重建，先后建立了一男一女兩組完整的人體VHP數(shù)據(jù)集[4]。韓國于2000年開始五年計劃中完善數(shù)據(jù)集采集，血管可以精確到0.2mm。是第一個獲取具有東方人種特征的人體數(shù)據(jù)集的國家。國內(nèi)也引起重視，于2001年11月5日至7日，在第174次香山科學(xué)會議“中國數(shù)字化虛擬人體的科技問題”中提出并開始數(shù)字化可視人體的研究。目前，我國上海、重慶和廣州等地的專家提供了10個整體虛擬人數(shù)據(jù)集，其數(shù)據(jù)量和分辨率均為全世界虛擬人之最，為后續(xù)學(xué)科研究發(fā)展提供了可靠的中國人特征的數(shù)據(jù)集[5-7]。

2 數(shù)字化虛擬人體在醫(yī)學(xué)中的作用

2.1 人體骨骼、肌肉結(jié)構(gòu)的模擬

“George”和Zeltzer開發(fā)的一個由計算機生成的帶有肌肉和肌腱傳動器的髖關(guān)節(jié)模型，這是計算機在人體模擬上取得的第一個突破。這個模型，可以預(yù)測髖關(guān)節(jié)移植手術(shù)對各個機群的影響。Chen和Zeltzer將生物機械模擬與計算機動畫結(jié)合起來，合成人體小腿肌肉的多邊模型，模擬肌肉力量，并對肌肉收縮的動力學(xué)進行可視化[8]。

2.2 大腦的結(jié)構(gòu)和功能的模擬

歐 洲 MAGNOBRAIN 研 究 項 目 的 Anogianaski等 使 用BRAINQUWRY軟件來處理腦磁圖、腦電圖以及MRI數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了大腦結(jié)構(gòu)的可視化。再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到一個虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng)之中，從而對大腦內(nèi)部的功能實現(xiàn)準(zhǔn)確的可視化[8]。

2.3 器官重建和模擬

李萬冬等[9]設(shè)計出一個腹腔各臟器可視化軟件模型，可以從不同層面和任意角度觀察腹腔中各器官和組織的立體形態(tài)和相互之間的位置關(guān)系，為外科手術(shù)提供直觀、準(zhǔn)確的解剖構(gòu)造。現(xiàn)重建的器官包括心、動脈、顱骨、腦、內(nèi)臟等。戴撲等對內(nèi)耳進行重建，完成后壺腹神經(jīng)手術(shù)入路設(shè)計。

2.4 語音情感的模擬

語音情感的模擬傳統(tǒng)模式識別手段的沿用（如支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、隱馬爾可夫模型等），然而由此得到的非特定人語音情感識別性能并不理想?，F(xiàn)在從信息可視化的角度展開語音情感信息的分析、識別和表達等相關(guān)研究，構(gòu)建一個具有一般意義的語音情感信息可視化理論模型。

2.5 手術(shù)模擬

將CT或MRI數(shù)字圖像輸入到計算機，可以重建成三維立體圖于原物一樣大小圖像，使手術(shù)模擬成為了可能。并可以進行術(shù)前手術(shù)方案設(shè)計。其方案設(shè)計是基于計算機模擬工作站而不是手術(shù)平臺，該最佳方案結(jié)果是可以預(yù)測的?，F(xiàn)已應(yīng)用于立體定向神經(jīng)外科、激光肝癌治療、顱面外科、角膜顯微外科手術(shù)等領(lǐng)域。

2.6 虛擬現(xiàn)實的遠程醫(yī)療系統(tǒng)

Virtual Patient System 可提供遠程外科手術(shù)，外科醫(yī)師可以在本地，也可以在遠程醫(yī)療場景下，對虛擬模型患者進行操作（患者可以是真實的）。這種虛擬的遠程醫(yī)療環(huán)境可以讓位于不同地點的多位專家相互合作，對手術(shù)過程進行計劃和預(yù)演，甚至對患者進行實際的手術(shù)治療。專家間的相互合作，有利于攻克疑難病癥，提高醫(yī)療水平。

3 結(jié) 論

中國人體數(shù)據(jù)集的構(gòu)建與外國人相比，國人人體模型存有明顯人種差異。我們應(yīng)用中國數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集，能精確詳細描述人體各部形態(tài)、結(jié)構(gòu)、位置、毗鄰，并可以進入各空腔臟器，進行虛擬內(nèi)窺鏡觀察，設(shè)計、模擬手術(shù)；同時可以設(shè)計和制造生物材料，促進形成新一代醫(yī)療高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。我們應(yīng)用中國數(shù)字化可視人體，建立了計算機輔助人體解剖教學(xué)，創(chuàng)造身臨其境的教學(xué)模式。我國虛擬人數(shù)據(jù)庫的建立，為臨床醫(yī)學(xué)的診治提供真實的模擬環(huán)境，為醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)等的研究和應(yīng)用提供基礎(chǔ)與技術(shù)支撐，將具有重大的科學(xué)技術(shù)意義和社會經(jīng)濟價值。

[1]鐘世鎮(zhèn).虛擬人體將為微創(chuàng)外科增添新的技術(shù)[J].中國微創(chuàng)外傷雜志,2003,3(6):461-462.

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[3]白桂有,楊博貴,張正治.數(shù)字化虛擬人體在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用進展[J].中國臨床解剖學(xué)雜志,2006,24(6):705-706.

[4]Deutsch JC.Applications of the Colorado Visible Human Project in gastro enterology[J].Clin Anat,2006,19(3):254-257.

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