虛擬人體解剖模型及其在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用展望

葉松鶴

（江西省上饒市 江西醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校 334000）

1 概述 21 世紀(jì)以來(lái)，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域快速發(fā)展并取得了實(shí)質(zhì)性的飛躍，這主要得益于人類與對(duì)人體形態(tài)和機(jī)能的深入研究。虛擬人體的研究已經(jīng)有幾十年的歷史，“數(shù)字化解剖人”“可視人”“數(shù)字化虛擬人體”等一直在持續(xù)不斷的研究中，這些研究都強(qiáng)調(diào)對(duì)人體全方位的模擬，包括分子、細(xì)胞、組織、器官、基因以及全身，這些研究打開了醫(yī)學(xué)的大門，在虛擬解剖、橫斷面解剖、斜面解剖以及一系列的醫(yī)學(xué)臨床、教學(xué)和研究中有重要的作用。

虛擬人體模型就是將人體結(jié)構(gòu)數(shù)字化，通過(guò)相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖形圖像處理技術(shù)，在計(jì)算機(jī)屏幕上呈現(xiàn)一個(gè)看似真實(shí)的模擬人體，賦予這個(gè)人體以數(shù)字化的人體功能性數(shù)據(jù)。目前，人們已經(jīng)在器官、組織及其他子系統(tǒng)方面建立了很多虛擬模型，但是在關(guān)于人體神經(jīng)組織和血管的結(jié)構(gòu)模型相對(duì)缺乏，基因模型和蛋白質(zhì)模型更是將來(lái)研究的重點(diǎn)。這些研究對(duì)于將來(lái)的基因疾病的研究和針對(duì)性的藥物設(shè)計(jì)有重要意義。

2 虛擬人體解剖模型在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用前景

2.1 在醫(yī)學(xué)仿真訓(xùn)練中的應(yīng)用 傳統(tǒng)的人體解剖教學(xué)是以課堂教學(xué)為主，通常利用的輔助教學(xué)工具是掛圖、模型、標(biāo)本等。虛擬解剖模型是利用信息技術(shù)建立起來(lái)的人體模型，形象而真實(shí)。人體結(jié)構(gòu)本身就是三維的，數(shù)字化模型也是三維的，想了解某一結(jié)構(gòu)，在上面點(diǎn)擊相應(yīng)的部位即可，不僅可以顯示其解剖結(jié)構(gòu)，還可以顯示其斷面解剖結(jié)構(gòu)，而且可以任意角度地旋轉(zhuǎn)，從各個(gè)角度觀察虛擬人體，比如內(nèi)窺鏡檢查和立體視角。該模型還能將器官和組織在人體中的位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，其可視化的特點(diǎn)可以準(zhǔn)確地反映出該區(qū)域組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)以及其與其他相鄰器官組織的空間關(guān)系，比如我們點(diǎn)擊了肝臟和骨骼，肝臟就會(huì)在骨骼系統(tǒng)中展示出來(lái)，這樣我們就能了解肝臟與周圍骨骼的位置關(guān)系。在外科臨床教學(xué)上，醫(yī)生可以利用虛擬解剖模型反復(fù)地進(jìn)行演練，進(jìn)行模擬解剖，最終達(dá)到精準(zhǔn)的“手藝”，從而節(jié)約了培訓(xùn)醫(yī)護(hù)人員的費(fèi)用和時(shí)間，降低了醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，提高了科研質(zhì)量，整體實(shí)現(xiàn)了低代價(jià)、零風(fēng)險(xiǎn)、多重復(fù)性的優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了醫(yī)學(xué)教育現(xiàn)代化。

2.2 在放射醫(yī)學(xué)及防護(hù)中的應(yīng)用 在針對(duì)腫瘤的放射性治療過(guò)程中，需要對(duì)腫瘤部位給予高劑量放射，而在周圍重要的組織器官其放射性劑量應(yīng)該在安全的限定范圍內(nèi)，這種治療在之前需要有足夠的信息來(lái)制定完善的計(jì)劃。利用解剖學(xué)模型和功能性的模型聯(lián)合呈像，加之其他三維劑量計(jì)算技術(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估并給出評(píng)估報(bào)告，醫(yī)生根據(jù)評(píng)估報(bào)告決定方案是否合適，是否需要實(shí)施治療。解剖學(xué)人體模型的開發(fā)給放療模擬和防護(hù)的研究提供了一個(gè)嶄新的手段。從這些模型獲得的結(jié)果將進(jìn)一步加深人類對(duì)輻射劑量學(xué)的理解。盡管目前世界上已經(jīng)將全身解剖模型同光子、電子、中子和原子核輻射模型功能相結(jié)合，但是還存在很多問(wèn)題需要解決，比如如何進(jìn)行個(gè)性化的劑量計(jì)算方面，仍然需要科學(xué)界和工程界共同進(jìn)一步研究和解決。在一定程度上，中國(guó)人的虛擬人體模型的數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)研究亞洲人種有極大幫助。另外，虛擬人體解剖模型的開發(fā)不僅僅局限于放療領(lǐng)域的研究，還將廣泛應(yīng)用于航天、航空、軍事國(guó)防及汽車、建筑、服裝、家具等與人相關(guān)的領(lǐng)域，并揭開數(shù)字化人類信息時(shí)代的帷幕。

2.3 在臨床診斷和治療中的應(yīng)用 虛擬人體解剖模型可以為臨床診斷和治療提供形象真實(shí)的人體結(jié)構(gòu)模型。歐洲的生理人計(jì)劃已經(jīng)成功地建立了人體消化系統(tǒng)的功能模型，可以用來(lái)研究人體胃腸之間的肌肉收縮波，從而提供醫(yī)療診斷的依據(jù)。同時(shí)其骨骼肌肉系統(tǒng)模型也已經(jīng)被用來(lái)分析人體步態(tài)。在臨床診斷重要的診斷輔助手段就是影像診斷，傳統(tǒng)的影像診斷基礎(chǔ)是人體斷面解剖學(xué)，其提供的圖像和數(shù)據(jù)資料在精度上無(wú)法滿足當(dāng)前的臨床影像診斷需要，虛擬的人體解剖模型采集了人體連續(xù)的斷面圖像和數(shù)據(jù)，其精確度甚至可以達(dá)到0.1mm，為臨床診斷提供了重要依據(jù)。

對(duì)臨床診治方面，可以模擬腫瘤病灶生長(zhǎng)或治愈過(guò)程，在治療過(guò)程中，還可以進(jìn)行手術(shù)的三維模擬，同時(shí)模擬血流動(dòng)力學(xué)，藥代動(dòng)力學(xué)等。

在門診治療過(guò)程中，醫(yī)生利用虛擬人體解剖模型可以展示立體的圖像，比如患者心臟有問(wèn)題，醫(yī)生可以借助該模型進(jìn)行講解，不僅縮短了講解時(shí)間還有助于患者了解自己的病情，從而做出更明智的決定。比如一個(gè)糖尿病病人不遵醫(yī)囑，如果醫(yī)生能夠形象展示他們的器官將受到什么樣的損害，以及其可能導(dǎo)致的并發(fā)癥，那么將在很大程度上促使患者日后遵守醫(yī)囑。

3 總結(jié) 虛擬解剖人體模型在醫(yī)院、高等醫(yī)科學(xué)校、醫(yī)學(xué)科研機(jī)構(gòu)中逐步應(yīng)用并得到極大的推廣，為醫(yī)學(xué)教育和醫(yī)療研究提供三維可視化模型，在復(fù)雜的外科手術(shù)及其他領(lǐng)域，如戰(zhàn)場(chǎng)救護(hù)、遠(yuǎn)程手術(shù)、合作醫(yī)療中，都有極大的發(fā)展空間和廣闊的應(yīng)用前景，這項(xiàng)技術(shù)將提高我們的醫(yī)療水平，為醫(yī)療事業(yè)做出重要貢獻(xiàn)。

隨著數(shù)字化醫(yī)學(xué)的高速發(fā)展，單純可視化的虛擬人體模型將不能適應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的需要，我們將向智能性的虛擬人體模型邁進(jìn)，這將是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的跨越式發(fā)展。智能性的虛擬人體模型不僅包含了原有模型的結(jié)構(gòu)化特點(diǎn)，還將人體的物理性、生理性、可視性和智能性參數(shù)結(jié)合起來(lái)，最終達(dá)到了擁有完整人體功能的和虛擬人體智慧的數(shù)字化智能性人體模型，其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用無(wú)與倫比。