数字化虚拟人体的科学意义及应用前景

数字化虚拟人体的科学意义及应用前景

丘聪；冯焕清；杨基海

（中国科学技术大学电子科学与技术系，安徽 合肥 230026）

摘要：人体信息的数字化是将医学与信息技术、计算机技术、虚拟现实技术相结合的科技前

沿性研究课题。许多国家已建立或正在建立虚拟人体模型。这种模型以人体断面连续切片为

建模基础，利用信息技术定量模拟人体的生理病理状况，在医学及其它多种学科均具有广泛

的应用前景。本位介绍了如下内容：（1）国际上“数字化虚拟人”的研究概况：美国1994

年完成了可视人计划数据集；韩国于2000年完成了一例韩国男性可视人数据采集工作。（2）

国内的研究概况：完成了虚拟人体有关关键技术的研究任务，并于2003年3月推出“虚拟

中国人女1号”。（3）阐述了数字化虚拟人体的科学意义。（4）简要介绍了数字化虚拟人体

的若干关键技术：标本遴选，切片，三维重建等。（5）“虚拟人”的应用及发展前景展望。

关键词：数字化虚拟人体；可视人计划；虚拟中国人；切片；三维重建

Scientific significance and prospective application of digitized virtual human

Qiu Cong ；Feng Huanqing ；Yang Jihai

Department of Electronic Science and Technology of USTC,Anhui Hefei 230026,China

Abstract: As a cutting-edge research project, digitization of human anatomical information

combines conventional medicine with information technology, computer technology, and virtual

reality technology, Recent years have seen the establishment of, or the ongoing effort to establish

various virtual models in many countries, on the basis of continuous sections of human body that

are digitized by means of computational medicine incorporating technology to quantitatively

simulate human physiological and pathological conditions, and to provide wide prospective

applications in the fields of medicine and other disciplines. This article concerning the progress in

virtual human model researches as the following: (1)Worldwide survey of research of virtual

human: American visible human database was completed in 1994, South Korea also finished the

data collection for a male visible Korean human dataset in 2000. (2)The survey of research of

virtual human in China: Some key techniques have been explored. By now the data-collection

process for 4 Chinese virtual human datasets have been successfully completed. (3) Scientific

significance of virtual human studies. (4)Some key techniques: specimen choosing ,sectioning, 3D

surface reconstruction. (5)Prospective application of digitized virtual human

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Key words: digitized virtual human; visible human project; visible Chinese human;

sectioning; 3D surface reconstruction

人们说，２１世纪是生命科学的世纪。近１０年来，从发达国家起步的“数字化虚拟人体”研究，正云集各路大军从不同方向攻关。著名未来学家托夫勒预言，生命科学领域的焦点是生物学中的遗传学课题。可以说，“数字化虚拟人体”研究是这个焦点中的焦点。

“数字化虚拟人体”是利用数字化技术实现人体结构及机能的可视化，最终达到人体的整体模拟，为医学、生命科学以及后基因组学等的研究和应用提供基础与技术支撑。“数字化虚拟人体”研究是一项信息技术与医学等学科相互交叉、综合发展起来的前沿性交叉学科，它是由发达国家发起的一个重大项目，对本世纪科技发展具有深远意义。对此，西方发达国家高度重视，并正在酝酿或启动专项计划，而中国首例女虚拟人已问世]1[。

一、“数字化虚拟人体”的研究状况

1、国外研究动态

1．1美国可视人计划

美国1993年开展了“可视人计划”（Visible Human Project,VHP）,其研究启动最早,也最先完成.1994.11.02美国国家医学图书馆(NLM)宣布男性VHP解剖数据集开发成功。一具男尸切成1 878余片，每片厚度1mm，1998年，又将一具女尸切成5 190多片，每片厚度0.33mm。但限于当时的条件，美国当时所获取数据的分辨度和精度都有限，但依托这个数据集为平台，在国际上开发了大量相关的应用软件[1]。ＶＨＰ数据集的立项、实施和开发具有重大意义。它在医学史上属首创，从根本上改变了医学可视化模式，为计算机图像处理和虚拟现实进入医学领域开启了大门，使走向成熟的三维重构图像处理技术以空前的速度普及。利用这个数据集，可创立虚拟解剖学、横断面解剖学、纵剖面解剖学、斜剖面解剖学以及一系列医学临床、教学和研究的虚拟模拟，可谓信息技术和医学结合的重大创新工程[2]。

1.2“虚拟人体”数字化的发展

可视人体项目侧重人体结构的数字化研究以及相关知识库的建立。

１９９９年１０月，美国橡树岭国家实验室一批著名科学家和政府官员向美国国家科学院以及国会正式递交“虚拟人体计划”报告。国防部非致命武器委员会积极支持该项目。“虚拟人体”研究将数据、生物物理和其他模型以及高级计算法整合成一个研究环境，然后在这种环境中观察人体对外界刺激的反应。这项研究的范围已远远超出ＶＨＰ的解剖可视