數字化虛擬人體在醫學中的應用

張天文陳向軍

（1 內蒙古醫科大學，內蒙古 呼和浩特 010000；2 解放軍第二五三醫院外科學，內蒙古 呼和浩特市 010000）

數字化虛擬人體在醫學中的應用

張天文1陳向軍2

（1 內蒙古醫科大學，內蒙古 呼和浩特 010000；2 解放軍第二五三醫院外科學，內蒙古 呼和浩特市 010000）

數字化；虛擬人體

數字化虛擬人體是應用影像學方法將獲取的圖像、圖形以DICOM的格式輸入現代化計算機，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構、再現人體的組織、器官及相互之間的比鄰關系；可以精確的、定量的研究空間關系，進行手術設計、模擬手術和手術訓練；同時幫助了臨床教學的真實開展，促進了顯微外科，美容整形外科、介入診斷和治療的發展。現將數字化虛擬人體在醫學上應用做簡要綜述[1,2]。

1 數字化人體研究的國內外概況

1989年美國國立醫學圖書館發起“可視人計劃”（VHP）由CoLorado大學承擔[3]。于1991年8月開始人體數據采集和三維結構重建，先后建立了一男一女兩組完整的人體VHP數據集[4]。韓國于2000年開始五年計劃中完善數據集采集，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據集的國家。國內也引起重視，于2001年11月5日至7日，在第174次香山科學會議“中國數字化虛擬人體的科技問題”中提出并開始數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個整體虛擬人數據集，其數據量和分辨率均為全世界虛擬人之最，為后續學科研究發展提供了可靠的中國人特征的數據集[5-7]。

2 數字化虛擬人體在醫學中的作用

2.1 人體骨骼、肌肉結構的模擬

“George”和Zeltzer開發的一個由計算機生成的帶有肌肉和肌腱傳動器的髖關節模型，這是計算機在人體模擬上取得的第一個突破。這個模型，可以預測髖關節移植手術對各個機群的影響。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進行可視化[8]。

2.2 大腦的結構和功能的模擬

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數據，實現了大腦結構的可視化。再將數據轉化到一個虛擬現實的系統之中，從而對大腦內部的功能實現準確的可視化[8]。

2.3 器官重建和模擬

李萬冬等[9]設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和相互之間的位置關系，為外科手術提供直觀、準確的解剖構造?，F重建的器官包括心、動脈、顱骨、腦、內臟等。戴撲等對內耳進行重建，完成后壺腹神經手術入路設計。

2.4 語音情感的模擬

語音情感的模擬傳統模式識別手段的沿用（如支持向量機、神經網絡、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。現在從信息可視化的角度展開語音情感信息的分析、識別和表達等相關研究，構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 手術模擬

將CT或MRI數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，使手術模擬成為了可能。并可以進行術前手術方案設計。其方案設計是基于計算機模擬工作站而不是手術平臺，該最佳方案結果是可以預測的?，F已應用于立體定向神經外科、激光肝癌治療、顱面外科、角膜顯微外科手術等領域。

2.6 虛擬現實的遠程醫療系統

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

3 結 論

中國人體數據集的構建與外國人相比，國人人體模型存有明顯人種差異。我們應用中國數字化可視人體數據集，能精確詳細描述人體各部形態、結構、位置、毗鄰，并可以進入各空腔臟器，進行虛擬內窺鏡觀察，設計、模擬手術；同時可以設計和制造生物材料，促進形成新一代醫療高新技術產業。我們應用中國數字化可視人體，建立了計算機輔助人體解剖教學，創造身臨其境的教學模式。我國虛擬人數據庫的建立，為臨床醫學的診治提供真實的模擬環境，為醫學、生命科學等的研究和應用提供基礎與技術支撐，將具有重大的科學技術意義和社會經濟價值。

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

[2]白娟,邵水金,劉紅菊.數字化虛擬人體研究在醫學領域的應用前景[J].上海中醫藥雜志,2005,39(2):3-5.

[3]白桂有,楊博貴,張正治.數字化虛擬人體在醫學上的應用進展[J].中國臨床解剖學雜志,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.

[5]張紹祥,劉正津,譚立文,等.第3例中國數字化可視人體數據集報告[J].第三軍醫大學學報,2003,25(15):1332-1335.

[6]張紹祥,劉正津,譚立文,等.首例中國女性數字化可視人體數據集完成[J].第三軍醫大學學報,2003,25(4):371.

[7]Yuan L,Tang L,Huang WH,et al.Construction of dataset for Virtual Chinese Male No.1[J].J First Mil Med Univ,2003,23(6):520-523.

[8]Rosen JM,Soltanian H,Redett R,et al.Evolution of virtual reality [J].IE Engineering in Medicine and Biology,1996,15(2):16-22.

[9]李萬冬,徐惠綿,凌光,等.中國數字化可視人體腹腔內臟器官三維重建[J].中國醫科大學學報,2006,35(5):484-486.

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