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1、数字化虚构人简介第一节数字化虚构人概括一、基本观点数字化虚构人体是将大批人体断面数据信息在计算机里整合重修成人体的三维立体构造图像，是医学与信息技术、计算机技术相联合的成就。“数字化虚构人”的发展可分为4个阶段，即“虚构可视人”、“虚构物理人”、“虚构生理人”和“虚构智强人”。虚构可视人阶段的任务是成立数字化几何人，将人体的形态构造经过计算机信息化手段建成系统、器官、组织等构造的数字化模型。虚构物理人阶段的任务是成立数字化物理人模型，在几何人的框架上，加入人体构造的物理参数，进而能够表现构造的物理性能。虚构生理人阶段的任务是在上述框架中，加入生理功能参数，反应人的新陈代谢、生长发育等。虚构智强
2、人是最高等阶段，虚构人能够在人工智能的支持下调理自己的物理性能和生理功能。当前广泛展开的是虚构可视人研究。二、外国研发进展二十世纪八十年月末美国科学家启动了“虚构可视人计划（VisibleHumanPlan，VHP）”，目标是实现人体从分子到细胞、组织、器官、系统和整体的精确模拟，被以为是二十世纪震惊全世界的科研计划之一。1989年，美国国立医学图书馆（NLM）计划成立一个医学图库，为生物医学文件供给图像检索。在该计划中，美国科罗拉多大学的健康中心负责人体断面图像的获取工作，维克托斯皮兹尔教授率领研究小组于1994年和1996年先后获取了一男一女两具尸体的有关数据，包含MRI、CT和切片图像等
3、。此中男性身高1.82米，女性身高1.54米，用CT和MRI作轴向扫描，扫描间距为男性1mm，1878个断面，女性0.33mm，5190个断面。以后，将尸体填补蓝色乳胶并裹以明胶冰冻至摄氏-80后，再以相同的间距对尸体作切片并保存断面图像资料，因为CT和MRI遇到断面精度和灰色成像的限制，后续“数字化虚构人”发展的基础框架均以切片图像数据集为主。这套由 VHP在国际上刊行并被宽泛应用的VHP切片图像数据集，男性的电脑储存数据量为15GB，女性数据量为43GB，这些数据称VHP数据集，这是人类在信息技术基础上成立数字化解剖的首例试试。很多有名大学的研究机构环绕该数据集展开了图像自动切割、图像办理
4、建模、3D重构和VHP人体运动模型等大批研究工作并引起了一系列的前沿学术议论。到2000年为止，美国人已经成立了浑身皮肤肌肉骨骼和心脏等部分器官的三维模型，并开发了鉴于VHP数据集的拥有触觉功能的医学虚构现实硬件设施、虚构内窥镜、虚构病人模型系统等，这些研究成就的应用获得了特别好的社会和经济效益。除美外国，韩国、日本等也接踵展开了数字化虚构人研究计划。韩国亚洲大学医学院郑民锡博士率领的研究小组在韩国科技信息研究院的资助下，提出一个5年内达成5具尸体切割任务的“可视韩国人计划”（VisibleKoreanHumanplan,VKH），并于2000年达成了第1例男性尸体的切片工作，其切片间距为0.
5、2mm，共有 8590个断面，数据量为153.7GB。这是世界上第二例试试，也是第一例有东方人种特点的人体数据收集。日本于2001年启动了为期10年的人体丈量国家数据库建筑计划。这项计划选用了34000名7-90岁的一般公众作为研究对象，对每个人身体上的178个部位进行了详尽地数据测定，进而拟订出日自己的人体标准数据。别的，日本京华医科大学利用图像技术建筑了“日本可视人”，德国汉堡大学成立了有名的Voxel-Man系统，英国PA咨询企业和美国奥姆科学企业联合研制了新一代的数字化虚构人三、国内研发进展2001年11月在北京召开了齐集医学、计算机学、机器人学、生物医学工程学、电子工程、机械加工、医
6、学物理、信息医学等42位专家学者的香山科学会议第174次学术议论会，以“中国数字化虚构人体的科技问题”为主题，商讨了在新世纪前沿科技领域中，生命科学与信息科学相联合的重要课题，并提出我国数字化虚构人体研究的规划和建议。随后,“数字化虚构人体若干重点技术”和“数字化虚构人体模型建立及海量储藏”被列入国家高技术研究发展“863”计划项目，进而揭开了我国数字化虚构人研究的序幕。经过一年多的努力，中科院计算所、第一军医大学临床解剖学研究所、国都医科大学生物医学工程学院、华中科技大学生命科学与技术学院共同协作，达成了虚构人体有关重点技术的研究任务。2003年3月，第全军医大学达成了中国首套数字化可视人体
7、数据收集。以后，我国重庆、广州等地的解剖专家先后成立了多个数据集。此中，重庆男断层精度，断面总数2518片，数据量90.648GB；重庆女断层精度，断面总数3640片，数据量130.04GB。广州男断层精度0.2mm，断面总数9232片，数据量161.6GB；广州女断层精度0.2mm，断面总数8556片，数据量 149.7GB。依照这些数据集，众多科研、教课、医疗单位共同协作，开发了各种应用软件，追踪世界科学研究前沿。第二节中国数字人解剖系统的开发2007年重庆第全军医大学人体断层解剖学课题组的数字化虚构人有关研究获国家科技进步二等奖。2008年，该课题组与山东大学医学院断层解剖学课题组及有关
8、技术开发企业强强联合，共同开发中国数字人解剖系统。中国数字人解剖系统以第全军医大学的数据集为依照，即：男性断层精度0.1mm1mm，断面总数2110层；女性断层精度0.1mm0.5mm，断面总数3640层。以后，历经图像组织、切割提取、三维建模、软件交融等过程，经过数十位专家近3年的不懈努力，中国数字人解剖系统于2010年末开发成功，正式面世。在中国数字人解剖系统以前，在世界范围内运用最广的完好人体数字可视化系统是美国的VHDissector可视化解剖系统，二者对比，中国数字人解剖系统的优势表此刻以下几个方面：一、切面精度中国数字人解剖系统的断层精度男女分别为0.1mm1mm和0.1mm0.5
9、mm不等距，高于美国VHDissector系统等距1mm的断层精度。二、完好性美国VHDissector系统的断层数据是先将人体截成三段后分别获取的，中间出现了数个厘米的缺失。而中国数字人解剖系统的断层数据是连续获取的。三、断层图像的清楚度和饱和度中国数字人解剖系统的水平断层图像在清楚度和饱和度方面均好于美国VHDissector系统（见图1-1）。且中国的数字人软件能够合成出矢状断层和冠状断层图像，而美国VHDissector系统不可以显示矢状断层和冠状断层图像。中国数字化虚构人水平断层图像美国数字化虚构人水平断层图像图1-2-1中美数字化虚构人水平断层图像对照四、三维模型美国VHDisse
10、ctor系统的三维模型是以5为单位进行断续转动，而中国数字人解剖系统的三维模型可随意角度连续旋转，光滑且无穷制。五、功能方面中国数字人解剖系统增添认识剖构造的说明文件和重点点的标明，便于学习和适用。第三节中国数字人解剖系统的主要功能一、中国数字人解剖系统主界面中国数字人解剖系统主界面分为三个地区（图1-2）：图1-3-1中国数字人解剖系统主界面（一）断层显示地区以窗口形式显示人体水平面、冠状面、矢状面截面图，窗口能够独自放大，并使用虚构切刀进行层面选择。此中水平断面图像共2110层，最小间距达到0.1mm。（二）三维显示地区显示人体解剖构造的的三维模型，共分为10大系统，共2300多个解剖构造
11、的三维形态。依照系统解剖学或局部解剖学的目录展现人体各解剖构造，每个解剖构造都加注了文字说明和重点构造标明，并带有各解剖构造的英文名称和应为发音（三）目录及构造说明系统目录构造对人体全部的解剖构造进行科学分类，形成的一个完好的目录系统。目录构造是整个数字人软件系统的总纲和索引，包含系统解剖学目录和局部解剖学目录。系统解剖学目录包含（图1-3）：1. 运动系统：包含骨骼肌、骨，共8级树形目录，855个解剖构造。2. 消化系统：包含消化管、消化腺，共4级树形目录，38个解剖构造。3.呼吸系统：包含鼻、喉、肺、气管支气管，共5级树形目录，69个解剖构造。4.泌尿系统：包含肾、输尿管、膀胱、尿道，共3
12、级树形目录，8个解剖构造。5. 男性生殖系统：包含内生殖器、外生殖器，共2级树形目录，22个解剖构造。6.脉管系统：包含心血管系统、淋巴系统，共12级树形目录，705个解剖构造。7. 视器：包含眼球、眼副器，共5级树形目录，88个解剖构造。8.神经系统：包含中枢神经系统、四周神经系统，共8级树形目录，547个解剖构造。9. 内分泌系统：包含垂体、甲状腺、甲状旁腺、肾上腺，共3级树形目录，8个解剖构造。10. 皮肤图 1-3-2中国数字人解剖系统系统解剖学目录系统解剖学目录中包含2300多个不行再分的解剖构造，每个构造都有此中英文名称及说明，并配有英文发音（图1-4）。图 1-3-3解剖构造对应
13、的中英文名称及说明局部解剖学目录包含：头部、颈部、胸部、腹部、盆部、脊柱区、上肢、下肢等。二、中国数字人解剖系统功能依据地区切割，中国数字人解剖系统的主要功能以下：（一）断层显示地区功能断层显示地区包含人体的水平面、冠状面、矢状面截面图，此中横断面采纳第全军医大学2003年制作的重庆35岁男性真切人体断层图像。分辨率为0.167mm0.167mm/像素。原始标自己高1.70米，体重65千克。断面总数2110层，断层精度为0.1mm1mm（头部与胸部断层间距达到0.1mm0.5mm，腿部断层间距为0.5mm1mm）（图1-5）。图1-3-4中国数字人解剖系统系统水平断面截图冠状面和矢状面由真切人体横断面图像经彩色图像多平面重组技术合成，平面重修过程采纳了大规模数据压缩技术保证冠状面和矢状面图像中解剖构造边界清晰、易于辨识（图1-6）。冠状面截图矢状面截图图 1-3-5中国数字人解剖系统系统冠状和矢状面截图断层显示地区的主要功能以下：1. 层
