中國數(shù)字人和數(shù)字醫(yī)學(xué)研究概述

謝叻 顧冬云 譚立文 唐雷

2003年9月9日，第208次香山科學(xué)會(huì)議在北京香山飯店舉行。會(huì)議以“中國數(shù)字化虛擬人體研究的發(fā)展與應(yīng)用”為主題，對斷層解剖數(shù)據(jù)獲取的關(guān)鍵技術(shù)、多光譜探測技術(shù)與人體組織信息獲取、圖形圖像處理技術(shù)、網(wǎng)格與數(shù)據(jù)共享、神經(jīng)與微小器官信息獲取以及在醫(yī)學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用等議題進(jìn)行了研討，將數(shù)字人數(shù)據(jù)在醫(yī)學(xué)和其他相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提上了日程。就是在這次會(huì)議上，鐘世鎮(zhèn)院士將我國構(gòu)建的虛擬人數(shù)據(jù)集、可視人數(shù)據(jù)集所隨意使用的“虛擬人”（virtual human）、“可視人”（visible human）兩詞統(tǒng)一改為“數(shù)字人”（digital human）；并且參照數(shù)字地球的概念，將凌亂的“賽博醫(yī)學(xué)”（cyber medicine）、“計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)”（computer medicine）等英譯名詞統(tǒng)一定為“數(shù)字醫(yī)學(xué)”（digital medicine）。

此后，隨著數(shù)字人數(shù)據(jù)集構(gòu)建技術(shù)的成熟以及各種整體和局部應(yīng)用器官數(shù)據(jù)集的不斷推出，數(shù)字人在臨床和其他相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，中國數(shù)字醫(yī)學(xué)的應(yīng)用研究進(jìn)入快車道。

醫(yī)學(xué)和科學(xué)技術(shù)

科學(xué)技術(shù)給人類提供了認(rèn)知事物的方法，不斷革新著人們的思維方式、生產(chǎn)方式和生存方式。得益于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，許多科學(xué)技術(shù)的成果、手段和方法在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得以應(yīng)用，醫(yī)學(xué)也因此獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

科學(xué)研究的是事物的客觀現(xiàn)象，側(cè)重理論分析；技術(shù)研究的是解決問題的方法，側(cè)重實(shí)際應(yīng)用?？茖W(xué)可以重復(fù)、推定和驗(yàn)證（證偽），但醫(yī)學(xué)不能重復(fù)、推定和驗(yàn)證，只能試驗(yàn)、推斷和歸納，因此醫(yī)學(xué)不具備科學(xué)的屬性、特征和原則，需要依靠科學(xué)技術(shù)輔助。另外，由于個(gè)體差異，生命的很多指標(biāo)和癥狀不能夠精確定量而只能粗略定性，所以對病癥只能通過不斷的實(shí)踐獲取經(jīng)驗(yàn)、摸索前行，醫(yī)學(xué)由此成為一種實(shí)驗(yàn)科學(xué)或經(jīng)驗(yàn)科學(xué)。然而，人又與物不同，人命關(guān)天，吃藥做手術(shù)不能“試”！

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像已不局限于形態(tài)的顯示，還可以進(jìn)一步量化、功能化；不僅用于醫(yī)學(xué)診斷，還應(yīng)用于臨床治療、手術(shù)導(dǎo)航和遠(yuǎn)程醫(yī)療。數(shù)字醫(yī)學(xué)就是結(jié)合醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，使傳統(tǒng)手術(shù)由“開了再看”成為“看了再開”；使手術(shù)由不確定的“一錘子買賣”成為“一錘定音”；術(shù)前制定的方案使術(shù)者心中有數(shù)，在術(shù)中做到“該留的不切，該切的不留”。

中國數(shù)字醫(yī)學(xué)事業(yè)，正是借力于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展而蒸蒸日上。

中國數(shù)字人及數(shù)據(jù)集的構(gòu)建

2001年11月5日，以“中國數(shù)字化虛擬人體的科技問題”為主題的第174次香山科學(xué)會(huì)議召開，第一軍醫(yī)大學(xué)（現(xiàn)南方醫(yī)科大學(xué)）鐘世鎮(zhèn)院士、中國科學(xué)院計(jì)算研究所李華研究員和首都醫(yī)科大學(xué)羅述謙教授擔(dān)任執(zhí)行主席。與會(huì)專家從不同的專業(yè)研究和應(yīng)用角度，對數(shù)字化人體研究的國際進(jìn)展、國內(nèi)目前擁有的技術(shù)基礎(chǔ)、相關(guān)的科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，以及開展中國數(shù)字化人體研究的意義、必要性、可能性和迫切性等進(jìn)行深入探討，最后達(dá)成共識——構(gòu)建具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集。

中國的數(shù)字化人體計(jì)劃源于中國科技工作者對國際科學(xué)前沿及其進(jìn)展的關(guān)注。首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系秦篤烈教授對始于1989年的美國科羅拉多大學(xué)可視人計(jì)劃（visible human project， VHP）和始于1999年的韓國亞洲大學(xué)可視高麗人計(jì)劃（visible Korea human， VKH）進(jìn)行了長期跟蹤。受制于當(dāng)時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，只能采用衛(wèi)星接收器接受VHP斷層數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)于數(shù)千張5寸軟盤上，后又備份到六七十張CD光盤中。

秦篤烈意識到數(shù)字人的價(jià)值，上書時(shí)任人大常委會(huì)副委員長吳階平，請求給予“關(guān)于數(shù)字化虛擬人體計(jì)劃建議”支持。2001年6月7日，吳階平副委員長辦公室致函衛(wèi)生部辦公廳，請其研處這份來函。6月19日，科學(xué)技術(shù)部辦公廳復(fù)函，“鑒于數(shù)字化虛擬人體研究的重要性和我國已具備的研究基礎(chǔ)”，建議863領(lǐng)域?qū)＜液拖嚓P(guān)主題專家共同討論“數(shù)字化虛擬人體計(jì)劃”的立項(xiàng)問題，并提示按照相關(guān)規(guī)定和程序在相關(guān)領(lǐng)域申請相關(guān)的課題。當(dāng)年，中國數(shù)字化人體計(jì)劃獲國家863計(jì)劃和國家自然基金的支持。

第一軍醫(yī)大學(xué)國家863計(jì)劃課題組和第三軍醫(yī)大學(xué)（現(xiàn)陸軍軍醫(yī)大學(xué)）國家自然基金課題組在獲得立項(xiàng)支持后，立刻馬不停蹄地分頭投入中國數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集采集實(shí)驗(yàn)室的建造中，進(jìn)行人體切削設(shè)備的設(shè)計(jì)制造、圖像采集和存儲(chǔ)設(shè)備以及人體灌注、包埋、冷凍、固定、切削、采集、存儲(chǔ)、分割、重建等工藝流程設(shè)計(jì)[1-2]。經(jīng)過半年多你追我趕、夜以繼日的奮戰(zhàn)，兩個(gè)課題組于2002年分別構(gòu)建完成具有世界先進(jìn)水平的中國男女性數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集[3]。其中，2200萬像素中國數(shù)字人男性數(shù)據(jù)集——“中國數(shù)字人男1號”入選2005年兩院院士評選的2005年中國十大科技進(jìn)展新聞。兩個(gè)課題組共同完成的《中國數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集的構(gòu)建》獲2007年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

數(shù)字醫(yī)學(xué)的提出

數(shù)字醫(yī)學(xué)是一門研究各種現(xiàn)代技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)律和發(fā)展趨勢，探討計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息學(xué)、電子學(xué)等與醫(yī)學(xué)相互交叉或融合形成的新理論、新技術(shù)、新方法和新產(chǎn)品，挖掘基于數(shù)字化條件下衍生的新模式、新流程和新機(jī)理，探索數(shù)字化技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的信息采集、處理、傳遞、存儲(chǔ)、利用、共享和實(shí)現(xiàn)過程等內(nèi)容的學(xué)科。

2004年12月，《數(shù)字人和數(shù)字解剖學(xué)》出版，這是世界首部關(guān)于數(shù)字人和數(shù)字解剖學(xué)的專著。該書原名為《數(shù)字人和數(shù)字醫(yī)學(xué)》，但在定稿時(shí)，主編鐘世鎮(zhèn)高瞻遠(yuǎn)矚地將“數(shù)字醫(yī)學(xué)”改為“數(shù)字解剖學(xué)”，他說：“我們現(xiàn)在剛開始進(jìn)行數(shù)字人和數(shù)字解剖學(xué)的研究，雖然數(shù)字人和數(shù)字解剖學(xué)將來要一定要，也一定會(huì)應(yīng)用于臨床，但目前在臨床應(yīng)用還沒有開展或開展不多的情況下，現(xiàn)在就說數(shù)字醫(yī)學(xué)，會(huì)給應(yīng)用和決策層帶來錯(cuò)覺，并不利于數(shù)字醫(yī)學(xué)的長遠(yuǎn)發(fā)展?！弊詈?，僅在該書封面的簡介里提到“數(shù)字醫(yī)學(xué)……”。這是“數(shù)字醫(yī)學(xué)”一詞首次在我國正式出版書籍中出現(xiàn)。

中國數(shù)字醫(yī)學(xué)會(huì)的醞釀和成立

隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)的普遍開展和廣泛應(yīng)用，2005年鐘世鎮(zhèn)在南方醫(yī)科大學(xué)成立中國第一個(gè)數(shù)字人和數(shù)字醫(yī)學(xué)研究所。隨后，第三軍醫(yī)大學(xué)數(shù)字人和數(shù)字醫(yī)學(xué)研究室、復(fù)旦大學(xué)數(shù)字醫(yī)學(xué)研究中心、上海交通大學(xué)（簡稱上海交大）數(shù)字醫(yī)學(xué)臨床轉(zhuǎn)化教育部工程研究中心、浙江大學(xué)數(shù)字醫(yī)療工程研究中心等數(shù)字醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)相繼成立，彼此之間隨即開展廣泛的交流研討。在上海交大的一次數(shù)字人應(yīng)用小型研討會(huì)上，再次提出成立數(shù)字醫(yī)學(xué)會(huì)的議題，同時(shí)就數(shù)字醫(yī)學(xué)的概念、定義、應(yīng)用和發(fā)展展開了小范圍的研討并搭建大致框架，后向鐘院士和上海交大數(shù)字化制造專業(yè)阮雪榆院士匯報(bào)，獲得兩位的支持。

同年7月7日，鐘院士帶領(lǐng)屬下專程赴滬，與上海第九人民醫(yī)院（現(xiàn)上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院，簡稱上海九院）骨科戴尅戎院士在阮院士辦公室就成立數(shù)字醫(yī)學(xué)會(huì)進(jìn)行廣泛交流。他們一致認(rèn)為，數(shù)字醫(yī)學(xué)會(huì)的成立已水到渠成，應(yīng)盡快成立，這樣有利于數(shù)字醫(yī)學(xué)的應(yīng)用和推廣，并推薦由時(shí)為第三軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院主任、國家自然基金數(shù)字人項(xiàng)目課題組負(fù)責(zé)人張紹祥教授來擔(dān)綱組建學(xué)會(huì)。2006年1月14日，鐘世鎮(zhèn)、戴尅戎、阮雪榆和張紹祥攜屬下在上海九院戴尅戎院士實(shí)驗(yàn)室，就數(shù)字醫(yī)學(xué)會(huì)籌建的申報(bào)、學(xué)術(shù)預(yù)備會(huì)議的舉辦等事宜進(jìn)行討論并作分工。一系列與學(xué)會(huì)成立相關(guān)的學(xué)術(shù)活動(dòng)紛紛開展：在中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)（簡稱中國科協(xié)）第十屆年會(huì)第23分會(huì)場舉行的“中國數(shù)字醫(yī)學(xué)研討會(huì)”上，成立了以張紹祥為組長、唐雷為副組長的“中國數(shù)字醫(yī)學(xué)研究聯(lián)絡(luò)組”；以數(shù)字醫(yī)學(xué)為題召開了第十一次中國工程前沿研討會(huì)；2007年12月在重慶舉辦全國首屆數(shù)字醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)；舉辦2009中國數(shù)字醫(yī)學(xué)論壇；出版《科學(xué)前沿報(bào)告》《工程前沿——數(shù)字醫(yī)學(xué)的現(xiàn)狀與未來》《數(shù)字醫(yī)學(xué)概論》《數(shù)字醫(yī)學(xué)導(dǎo)論》等一批專著。

在第十一次中國工程前沿研討會(huì)上，由鐘世鎮(zhèn)、戴尅戎、王正國、阮雪榆、俞夢孫、朱曉東、李蘭娟、傅征和張紹祥九人聯(lián)名，擬就《成立中華醫(yī)學(xué)會(huì)數(shù)字醫(yī)學(xué)分會(huì)建議書》。會(huì)上，戴尅戎就數(shù)字醫(yī)學(xué)的定義進(jìn)行了描述，“數(shù)字醫(yī)學(xué)是應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，解釋醫(yī)學(xué)現(xiàn)象、解決醫(yī)學(xué)問題、探討醫(yī)學(xué)機(jī)理、提高生命質(zhì)量的一門科學(xué)”，得到與會(huì)專家的認(rèn)同。

2011年4月25日獲中國科協(xié)、國家民政部和中華醫(yī)學(xué)會(huì)審查批復(fù)，5月21日在重慶召開中華醫(yī)學(xué)會(huì)數(shù)字醫(yī)學(xué)分會(huì)成立大會(huì)暨第一屆學(xué)術(shù)年會(huì)，宣告中國數(shù)字醫(yī)學(xué)會(huì)正式成立。

數(shù)字人和數(shù)字解剖學(xué)

手術(shù)是門“手藝活”，屬實(shí)踐科學(xué)，除對人體結(jié)構(gòu)了如指掌外，還需有豐富的經(jīng)驗(yàn)和嫻熟的技巧。在醫(yī)學(xué)尤其在外科學(xué)有著舉足輕重地位的解剖學(xué)，卻在社會(huì)進(jìn)步、人權(quán)提升和立法滯后的境遇中舉步維艱。標(biāo)本的匱乏，使醫(yī)學(xué)生少有動(dòng)刀的機(jī)會(huì)。沒有解剖知識如何了解人體結(jié)構(gòu)，如何積累經(jīng)驗(yàn)練就嫻熟的技巧，如何施展最好的醫(yī)術(shù)？囿于研究技術(shù)和裝備的欠缺、創(chuàng)新發(fā)展空間的逼仄以及工作特性常被忽視，相關(guān)人員或流失或研究方向改變，解剖學(xué)淪為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中的夕陽學(xué)科。

數(shù)字解剖學(xué)使得臨床醫(yī)學(xué)實(shí)現(xiàn)源頭創(chuàng)新成為可能。它的介入，令外科入路的“由淺入深”改為“由里而外”，腔鏡技術(shù)由“管中窺豹只見一斑”變?yōu)椤案Q一斑而知全豹”。有了數(shù)字解剖學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的助力，外科醫(yī)生在術(shù)前“先打個(gè)草稿練習(xí)練習(xí)”不再是奢望。

數(shù)字解剖學(xué)是采用數(shù)字化技術(shù)研究人體結(jié)構(gòu)的新興前沿學(xué)科，是臨床醫(yī)學(xué)中的朝陽學(xué)科[4]。它先將人體結(jié)構(gòu)數(shù)字化，再通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對人的整體、系統(tǒng)、器官、組織，甚至細(xì)胞、分子和基因等的精確描述，構(gòu)建出不同用途的數(shù)字化人體模型。其研究目的是建立一個(gè)具有目錄服務(wù)技術(shù)和矢量圖形圖像功能、能隨時(shí)嵌入各種人體信息、無限接近真實(shí)人體的數(shù)字化人體系統(tǒng)，從而構(gòu)建用于解剖的人體結(jié)構(gòu)模型、用于恢復(fù)評估的治療效果模型、用于術(shù)式評估的入路模型、用于手術(shù)練習(xí)的現(xiàn)場模型等。它為醫(yī)學(xué)生和臨床醫(yī)生開辟出一片新天地。

數(shù)字醫(yī)學(xué)在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

采用數(shù)字解剖學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立的個(gè)性化人體精準(zhǔn)手術(shù)模型，具備視覺空間、能夠調(diào)控、各種物理和生理反應(yīng)等特質(zhì)。該模型有著個(gè)性化的精細(xì)解剖結(jié)構(gòu)，可用于術(shù)式和入路的評估、術(shù)前的預(yù)習(xí)和練習(xí)、術(shù)后的愈后恢復(fù)評估以及教學(xué)、復(fù)盤等。

為骨科手術(shù)保駕護(hù)航 數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜高難的骨科手術(shù)，可提高手術(shù)的成功率，使手術(shù)更精確、安全，比如寰樞椎的置釘固定。由于寰樞椎所處的部位非常特殊，延髓脊髓穿行其間，周圍血管密布，徒手置釘?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)很大。若能采取個(gè)性化模板導(dǎo)衛(wèi)結(jié)構(gòu)，就能提高置釘?shù)臏?zhǔn)確性。將采集的脫位寰樞椎CT圖像分割重建，再采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行復(fù)位矯正；依據(jù)復(fù)位后的模型設(shè)置置釘?shù)奈恢?、方位和尺寸，用逆向反求方法設(shè)計(jì)出復(fù)位部位具有個(gè)性化的適應(yīng)寰樞椎貼吻合貼面形狀和置釘方向的導(dǎo)航導(dǎo)衛(wèi)工裝；之后，采用3D打印技術(shù)、CNC成型技術(shù)等快速成型工裝，或用專門設(shè)計(jì)的萬能可調(diào)整通用置釘工裝，調(diào)整好吻合貼面形狀和置釘通道，在術(shù)中作為引導(dǎo)置釘固定的導(dǎo)衛(wèi)，使置釘準(zhǔn)確在預(yù)先設(shè)定的位置和方位進(jìn)釘并固定。

為婦科手術(shù)厘清彼此 通過人體器官的數(shù)字化技術(shù)，采集了女性盆腔數(shù)據(jù)集，所構(gòu)建的國際首例基于血管鑄型技術(shù)的子宮動(dòng)脈血管網(wǎng)模型和首例人離體宮頸癌子宮動(dòng)脈血管網(wǎng)模型，清晰完整地顯示了子宮動(dòng)脈及其各級分支的走行，并揭示子宮動(dòng)脈血管網(wǎng)的形態(tài)及血供特點(diǎn)，包括顯示子宮動(dòng)脈與膀胱、輸尿管之間、卵巢血供之間、卵巢與輸卵管之間血循環(huán)的關(guān)系，為子宮動(dòng)脈栓塞術(shù)治療中如何避免損傷泌尿系統(tǒng)和卵巢提供精確直觀的依據(jù)。同時(shí)，結(jié)合收集挖掘的63 926例婦科腫瘤的病歷數(shù)據(jù)和構(gòu)建的1538項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，將相關(guān)的技術(shù)熒光導(dǎo)航等應(yīng)用于子宮頸癌、子宮肌瘤、子宮腺肌病、復(fù)雜盆腔包塊等疾病的診斷、術(shù)前風(fēng)險(xiǎn)評估、手術(shù)效果預(yù)測等相關(guān)病例的傳統(tǒng)手術(shù)或微創(chuàng)治療，以及其他婦產(chǎn)科疑難病例診療。

為肝膽手術(shù)精確制導(dǎo) 精準(zhǔn)肝膽等器官腫瘤切除手術(shù)術(shù)前，對患者肝膽胰等器官的個(gè)性化影像數(shù)據(jù)進(jìn)行快速配準(zhǔn)、自動(dòng)分割和三維重建。重建生成的模型能顯示肝動(dòng)靜脈、門靜脈等血管的分支結(jié)構(gòu)，可量化分析腫瘤和相鄰組織的解剖關(guān)系；能顯示病灶處腫瘤與內(nèi)部動(dòng)靜脈、膽管等管道系統(tǒng)的相對位置關(guān)系以及與周圍臟器的黏連程度。接著，將模型導(dǎo)入專門的軟件中，自動(dòng)計(jì)算出血管所擔(dān)負(fù)的功能容量，以及肝段體積、腫瘤體積、全肝體積、擬切除肝臟體積和剩余肝臟體積，經(jīng)過微調(diào)后生成精準(zhǔn)切除肝段的標(biāo)記線。術(shù)中，輔以分子熒光材料導(dǎo)航，最終完成精準(zhǔn)肝臟腫瘤的切除。

為胸外手術(shù)精準(zhǔn)定位 數(shù)字化三維重建技術(shù)在胸外科診療中逐漸得到普及。經(jīng)數(shù)字技術(shù)處理的三維模型，具有更形象、立體、準(zhǔn)確等優(yōu)勢。在肺結(jié)節(jié)手術(shù)中，常采用肺楔形或肺段切除的術(shù)式。肺楔形切除用于淺表的結(jié)節(jié)，但對于位置較深的結(jié)節(jié)，需要避開大血管和支氣管，還要防止術(shù)后大出血、肺不張、支氣管胸膜瘺等嚴(yán)重并發(fā)癥，具有不小的挑戰(zhàn)性。肺段手術(shù)則需要識別3～4級支氣管及其伴行的動(dòng)靜脈，因在肺段水平的血管變異相當(dāng)豐富，在聯(lián)合亞段切除中要辨別的結(jié)構(gòu)尤為精細(xì)。如何在最大化保護(hù)肺功能的前提下完成安全有效的切除，是胸外科醫(yī)生不斷探索的方向。胸部CT三維重建技術(shù)能夠?qū)Y(jié)節(jié)定位，幫助醫(yī)生在術(shù)前明確結(jié)節(jié)毗鄰的肺支氣管、血管的分型及變異情況，為手術(shù)做好預(yù)案；并能讓醫(yī)生交互式全角度任意觀察血管、支氣管和病灶等的結(jié)構(gòu)。

數(shù)字人在多領(lǐng)域的應(yīng)用

數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集的構(gòu)建催生了數(shù)字人。數(shù)字人能“代為人過”，可替代真人在有害或有損傷，甚至危及生命的環(huán)境下，參與生物或物理測試，提供生理反應(yīng)的數(shù)據(jù)和資料。它甫一問世就備受各行各業(yè)的關(guān)注和重視，已在醫(yī)學(xué)、國防、航空、航天、交通、競技等領(lǐng)域有了極其廣泛的應(yīng)用。

人雖然沒有等級之分，但有性別之分，還有人種、膚色、體重、形態(tài)和結(jié)構(gòu)之分。尤其是人種的不同，會(huì)導(dǎo)致人體形態(tài)、結(jié)構(gòu)和重量各異。例如，東西方人由于生活的地理位置、環(huán)境和飲食不同，形態(tài)外貌有很大不同。在形態(tài)方面，西方人身材高大，有著高鼻梁、深眼窩、藍(lán)眼睛、白皮膚以及雜色的頭發(fā)等明顯特征；而東方人則普遍身材嬌小，低鼻梁、褐眼睛、黃皮膚、黑頭發(fā)等。在結(jié)構(gòu)方面，西方人普遍皮膚粗糙、多毛且汗腺發(fā)達(dá)、體味重；而東方人大多皮膚細(xì)膩光滑且少有體味。這些特征通過視覺、觸覺和嗅覺都易捕捉到，但是還存在一些不易察覺的差異，如骨骼的構(gòu)造，大多西方人的骨骼數(shù)為206塊，而東方人以204塊居多；由于腿部長骨骨骼的比例不同，亞洲人普遍可以做到的“亞洲蹲”，西方人則做不到；西方人多為梨型體型，體重偏重且重心偏下，而東方人大多為蘋果體型，重量偏輕且重心偏上。

即便是同一人種，個(gè)體的結(jié)構(gòu)也有區(qū)別，正是這些區(qū)別使得數(shù)字人在航空航天、汽車制造等人—機(jī)—環(huán)場合，以及在體育競技、藝術(shù)演藝等方面有用武之地。

航空航天和汽車制造領(lǐng)域

沖擊會(huì)對人體造成傷害，甚至致死。沖擊與加速度、質(zhì)量（重量）和位移三個(gè)主要參數(shù)成正比。在勻速環(huán)境中由于沒有慣性，物體不會(huì)產(chǎn)生位移，也就不會(huì)受到損壞。比如在車輛開停時(shí)，速度改變，導(dǎo)致物體失穩(wěn)搖晃。速度改變越大，重量越重的物體受到的約束越少、損害越大。為減少損害，通常采用束縛減少位移，通過緩沖減少?zèng)_擊，從而達(dá)到保護(hù)的目的。最有效的緩沖就是用緩沖材料對物體進(jìn)行全防護(hù)，但這對生物尤其是要進(jìn)行駕駛操作的人而言不合適，只能通過半防護(hù)+束縛的方式來達(dá)到保護(hù)的目的，如飛機(jī)、汽車的座椅和安全帶。航空航天工況中的防護(hù)要求更高，鑒于人種、體型不同以及個(gè)體結(jié)構(gòu)差異，保護(hù)對象的防護(hù)需要個(gè)性化設(shè)計(jì)：先通過構(gòu)建個(gè)性化的數(shù)字化物理人體模型，計(jì)算其質(zhì)心（重心）的位置并將此位置作為束縛點(diǎn)，這樣在同等的沖擊力作用下，位移最小。

數(shù)字化物理人體模型的開發(fā)和旨在構(gòu)建模擬人體功能模型的生理組學(xué)研究是數(shù)字人應(yīng)用的熱點(diǎn)。其中有用于評估在輻射環(huán)境中對人體產(chǎn)生影響的輻射模型，用于人工假體的度身定做、構(gòu)建微觀人體及其局部器官的數(shù)字化力學(xué)模型，模擬器官的器質(zhì)和功能的生理學(xué)模型等。

體育競技和藝術(shù)演藝領(lǐng)域

“臺上一分鐘臺下十年功”，這是大家對演藝競技等技巧性表現(xiàn)的共識，覺得要獲得好成績就得勤學(xué)苦練。孰不知演藝競技成績的好與否，不光與訓(xùn)練的方法、努力程度密切相關(guān)，還受到人體結(jié)構(gòu)的影響，尤其是賽跑、舉重、舞蹈和雜技等項(xiàng)目。以跑步運(yùn)動(dòng)員為例， 決定其速度的是步頻和步幅，步頻是單位時(shí)間的步數(shù)，步幅是兩步之間的距離。速度和步頻步幅呈正比，步頻越高、步幅越大，速度越快。但步頻和步幅之間呈反比，步頻越高，步幅則越??；反之，步幅越大，步頻則越低。步頻和步幅的最佳配比決定了運(yùn)動(dòng)員的速度。步頻和步幅首先取決于該運(yùn)動(dòng)員的人體結(jié)構(gòu)，尤其是發(fā)育后的人體結(jié)構(gòu)，其次才是有針對性的訓(xùn)練。數(shù)字人立足于人體結(jié)構(gòu)角度，通過大數(shù)據(jù)分析和家族遺傳等角度預(yù)測運(yùn)動(dòng)員從少年到成人的人體結(jié)構(gòu)變化，在運(yùn)動(dòng)員的遴選、發(fā)展和訓(xùn)練培養(yǎng)方面給予客觀評定。

數(shù)字人和數(shù)字醫(yī)學(xué)是新生的事物，是新興的科技，是嶄新的事業(yè)。在其發(fā)展歷程中，人類智慧的閃光點(diǎn)頻現(xiàn)，科技創(chuàng)新高度不斷刷新。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字醫(yī)學(xué)將變得更加智能化和精準(zhǔn)化。未來，它將為臨床醫(yī)學(xué)提供更為科學(xué)和精確的診斷、治療方案，給生活帶來更多便利。期待數(shù)字醫(yī)學(xué)為人類健康事業(yè)做出更大貢獻(xiàn)！

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關(guān)鍵詞：數(shù)字人 數(shù)字解剖 數(shù)字醫(yī)學(xué) 臨床醫(yī)學(xué) 三維重建虛擬現(xiàn)實(shí) ■