数字虚拟人研究与应用
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• 我国对“虚拟人”的研究，在２００１ 年正式列入高新技术发展计划
5
数字虚拟人的研究状况
“数字化虚拟人”研究是一项信息医学、生物技术、计算机技 术等学科相互交叉、综合发展起来的前沿性交叉学科。
“数字化虚拟人”由美国科学家于20世纪末提出，并率先进行 研究。他们于１９８９年提出了“可视虚拟人”的概念，并于 １９９４年制成了世界第一具男性“虚拟人”。此后，世界许 多国家都予以高度重视，特别是西方发达国家一直积极酝酿， 或启动专项研究计划。
2
什么是虚拟人 ？
数字化可视人是人们将人体的成千上万个断面数据信息采集后 通过计算机整合重新构建成人体三维立体结构模型及图像（亦有称 其为虚拟人），并可据此构建与人体形态、结构、信息相关的研究 实验平台，为与人类相关的医学、生命科学及工业、军事等多种学 科领域的研究和应用提供基础与技术支撑。
将人尸体冷冻后，用精密切削刀将尸体横向切成mm级薄片，对 切面拍照、分析，将数据输入电脑，由电脑合成三维人体生理结构。 再将数据、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，在这种环境中观察人体对外界刺激的反应。
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《中国数字人解剖系统》建立了人体解剖学2800多个人体结构的三维结 构模型(男性人体2300个，女性人体500多个)。经中国解剖学会鉴定：结构 模型精准、完整，表面纹理真实；合成后的矢状面和冠状面结构图像清晰； 目录和结构操作方便，并能进行双屏显示和立体显示，是目前国内外现有唯 一拥有中国人人体特征的完整数字人解剖系统。
“虚拟人”没有感觉和思想，但他们的生物数据和人相同，主要 用于开展无法在自然人身上进行的一系列医疗诊断与治疗研究。
3
技术关键
采集各种人体数据 对真人尸体从头到脚作高 精细水平断层处理
采集全部的数字高清图像
用大型计算机处理
得到数字化虚拟人体
4 -4-
• 由美国最９ ９４年制成了世界第一具男性“虚拟人”
其获得的第一具人体数据量为210GB，是世界上 第二例尝试。也是第一例有关东方人种特征的人体 数据采集。
VHK虽然解决了标本处理和数据完整性的问题， 但标本为６５岁患脑肿瘤的老人，并且对于血管的 显示还是没有解决。
15
目前，获取“数字化虚拟人”一般采用的是人工断层 解剖学的方法，只能经过对正常、健康尸体的严格筛选， 通过高精度切削，获取解剖形态学信息。
中国首例女性虚拟人数据集于2003年2月18日17时18分在广 州第一军医大学构建成功。这标志着我国在完成数字化虚拟 人体若干关键技术之后，建立了有知识产权的中国虚拟人数 字平台，为开发各种用途的软件和参与国际合作与竞争抢占 了应有的地位。
“中国虚拟人2号”为女性，是我国首个女虚拟人。据介绍， 该虚拟人的数据采集者年龄为19岁，身高1.56米，是广西人， 去年在广东因食物中毒而急性死亡。
先要选取一具尸体，将人体切成非常薄的切片，每切 一次片，都会利用数码相机和扫描仪对已切片的切面进行 拍照、分析，之后将数据输入电脑，最后由电脑合成三维 的立体人类生理结构。
“中国虚拟人Ⅰ号”是国家“863计划”项目之一， 由中国科学院、首都医科大学、华中科技大学和解放军第 一军医大学协作攻关。
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虚拟人
量费用后,即可获得这一庞大的数据,用于教学和科学研究。
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美国的ＶＨＰ计划
美国男性数字化人
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ＶＨＰ的缺点：
1. 西方人种的人体器官的形状和大小和 东方人种有所不同。
2. 像素低，仅有０.３３mm，小于其的结 构无法展示，不利于３Ｄ构建，得到 数据不太实用
12
ＶＨＰ的缺点：
4. VHP数字化虚拟人的标本原体的健康状况有缺陷。例 如：VHP男性标本在15岁时曾做右侧睾丸切除，21岁 时曾做阑尾切除，38岁时第14号牙齿被拔除。女性已 经是59岁高龄，死于突发心脏病，生殖系统萎缩。
生物人”的研究和探讨，仅处于起步阶段。
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他们将一具男性和一具女性尸体从头到脚做 CT扫描和核磁共振扫描。然
后将尸体填充蓝色乳胶并裹以明胶后冰冻至摄氏零下80 度，再以同样的间距
对尸体作组织切片的数码相机摄影。分辨率为2048 ×1216。所得数据共56GB
（男13GB，女43GB）。全球用户在与美国国家医学图书馆签订使用协议并付少
5. VHP男性尸体灌注了36公斤低浓度防腐剂，造成标本 严重浮肿性失真并且失去了新鲜尸体应有的色泽。
6. VHP数据集获取使用的数码相机的分辨率已经大大落 后于今天的数码技术。韩国可视人计划力图克服这些 缺点，取得一些成效，但是一些关键的难题没有突破。
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“可视韩国人”(VHK)计划
VHK计划是在2000年，由韩国Ajou大学和韩国科 技情报研究院共同承担研究的，在没有信息损失及 组织切片为0.2ｍｍ间距的条件下完成CT、MRI扫描 及切片数据的获取。
钟世镇院士认为虽然她不是一个健康人，但由于是急性死亡， 骨骼身体结构保持完好，加上年纪很轻，是一个条件很不错 的标本。
切片断面仅0.2毫米，共切片8556片。
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特点1
分辨率高， 标本骨髓内部结构、 小血管都能辨认
血管灌注技术高， 使最终的模型拥有丰富的微小血管
特点2
所选人体具有高保真性
特点3
21
数字虚拟人的研究与应用
基础医学院解剖学教研室
1
什么是数字虚拟人？？？
• 数字虚拟人简称“数字人”或“虚拟人”
• 目的:更加准确的描述和研究人体自身形态结构和生
理生化功能指标，做到人体从微观到宏观结构与机能 的数字化、可视化，进而完整的描述基因、蛋白质、 细胞、组织以及器官的形态与功能，最终达到人体信 息的最终整合。为医学其他学科的研究提供更为精致 的演示条件。技术关键为采集各种人体数据。
“数字化虚拟人”包括“虚拟可视人”、“虚拟物理人”和 “虚拟生物人”三个阶段。具有几何图型有视觉效果为“虚拟 可视人”也称“虚拟解剖人”；附加物理化学信息的为“虚拟 物理人”；而附加人体各种生物信息的，则为“虚拟生物人”。
目前，一些发达国家已达到了“虚拟可视人”阶段，即获取了
“虚拟可视人”几何图像信息。而对“虚拟物理人”和“虚拟
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数字虚拟人的研究状况
“数字化虚拟人”研究是一项信息医学、生物技术、计算机技 术等学科相互交叉、综合发展起来的前沿性交叉学科。
“数字化虚拟人”由美国科学家于20世纪末提出，并率先进行 研究。他们于１９８９年提出了“可视虚拟人”的概念，并于 １９９４年制成了世界第一具男性“虚拟人”。此后，世界许 多国家都予以高度重视，特别是西方发达国家一直积极酝酿， 或启动专项研究计划。
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什么是虚拟人 ？
数字化可视人是人们将人体的成千上万个断面数据信息采集后 通过计算机整合重新构建成人体三维立体结构模型及图像（亦有称 其为虚拟人），并可据此构建与人体形态、结构、信息相关的研究 实验平台，为与人类相关的医学、生命科学及工业、军事等多种学 科领域的研究和应用提供基础与技术支撑。
将人尸体冷冻后，用精密切削刀将尸体横向切成mm级薄片，对 切面拍照、分析，将数据输入电脑，由电脑合成三维人体生理结构。 再将数据、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，在这种环境中观察人体对外界刺激的反应。
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《中国数字人解剖系统》建立了人体解剖学2800多个人体结构的三维结 构模型(男性人体2300个，女性人体500多个)。经中国解剖学会鉴定：结构 模型精准、完整，表面纹理真实；合成后的矢状面和冠状面结构图像清晰； 目录和结构操作方便，并能进行双屏显示和立体显示，是目前国内外现有唯 一拥有中国人人体特征的完整数字人解剖系统。
“虚拟人”没有感觉和思想，但他们的生物数据和人相同，主要 用于开展无法在自然人身上进行的一系列医疗诊断与治疗研究。
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技术关键
采集各种人体数据 对真人尸体从头到脚作高 精细水平断层处理
采集全部的数字高清图像
用大型计算机处理
得到数字化虚拟人体
4 -4-
• 由美国最９ ９４年制成了世界第一具男性“虚拟人”
其获得的第一具人体数据量为210GB，是世界上 第二例尝试。也是第一例有关东方人种特征的人体 数据采集。
VHK虽然解决了标本处理和数据完整性的问题， 但标本为６５岁患脑肿瘤的老人，并且对于血管的 显示还是没有解决。
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目前，获取“数字化虚拟人”一般采用的是人工断层 解剖学的方法，只能经过对正常、健康尸体的严格筛选， 通过高精度切削，获取解剖形态学信息。
中国首例女性虚拟人数据集于2003年2月18日17时18分在广 州第一军医大学构建成功。这标志着我国在完成数字化虚拟 人体若干关键技术之后，建立了有知识产权的中国虚拟人数 字平台，为开发各种用途的软件和参与国际合作与竞争抢占 了应有的地位。
“中国虚拟人2号”为女性，是我国首个女虚拟人。据介绍， 该虚拟人的数据采集者年龄为19岁，身高1.56米，是广西人， 去年在广东因食物中毒而急性死亡。
先要选取一具尸体，将人体切成非常薄的切片，每切 一次片，都会利用数码相机和扫描仪对已切片的切面进行 拍照、分析，之后将数据输入电脑，最后由电脑合成三维 的立体人类生理结构。
“中国虚拟人Ⅰ号”是国家“863计划”项目之一， 由中国科学院、首都医科大学、华中科技大学和解放军第 一军医大学协作攻关。
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虚拟人
量费用后,即可获得这一庞大的数据,用于教学和科学研究。
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美国的ＶＨＰ计划
美国男性数字化人
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ＶＨＰ的缺点：
1. 西方人种的人体器官的形状和大小和 东方人种有所不同。
2. 像素低，仅有０.３３mm，小于其的结 构无法展示，不利于３Ｄ构建，得到 数据不太实用
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ＶＨＰ的缺点：
4. VHP数字化虚拟人的标本原体的健康状况有缺陷。例 如：VHP男性标本在15岁时曾做右侧睾丸切除，21岁 时曾做阑尾切除，38岁时第14号牙齿被拔除。女性已 经是59岁高龄，死于突发心脏病，生殖系统萎缩。
生物人”的研究和探讨，仅处于起步阶段。
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他们将一具男性和一具女性尸体从头到脚做 CT扫描和核磁共振扫描。然
后将尸体填充蓝色乳胶并裹以明胶后冰冻至摄氏零下80 度，再以同样的间距
对尸体作组织切片的数码相机摄影。分辨率为2048 ×1216。所得数据共56GB
（男13GB，女43GB）。全球用户在与美国国家医学图书馆签订使用协议并付少
5. VHP男性尸体灌注了36公斤低浓度防腐剂，造成标本 严重浮肿性失真并且失去了新鲜尸体应有的色泽。
6. VHP数据集获取使用的数码相机的分辨率已经大大落 后于今天的数码技术。韩国可视人计划力图克服这些 缺点，取得一些成效，但是一些关键的难题没有突破。
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“可视韩国人”(VHK)计划
VHK计划是在2000年，由韩国Ajou大学和韩国科 技情报研究院共同承担研究的，在没有信息损失及 组织切片为0.2ｍｍ间距的条件下完成CT、MRI扫描 及切片数据的获取。
钟世镇院士认为虽然她不是一个健康人，但由于是急性死亡， 骨骼身体结构保持完好，加上年纪很轻，是一个条件很不错 的标本。
切片断面仅0.2毫米，共切片8556片。
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特点1
分辨率高， 标本骨髓内部结构、 小血管都能辨认
血管灌注技术高， 使最终的模型拥有丰富的微小血管
特点2
所选人体具有高保真性
特点3
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数字虚拟人的研究与应用
基础医学院解剖学教研室
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什么是数字虚拟人？？？
• 数字虚拟人简称“数字人”或“虚拟人”
• 目的:更加准确的描述和研究人体自身形态结构和生
理生化功能指标，做到人体从微观到宏观结构与机能 的数字化、可视化，进而完整的描述基因、蛋白质、 细胞、组织以及器官的形态与功能，最终达到人体信 息的最终整合。为医学其他学科的研究提供更为精致 的演示条件。技术关键为采集各种人体数据。
“数字化虚拟人”包括“虚拟可视人”、“虚拟物理人”和 “虚拟生物人”三个阶段。具有几何图型有视觉效果为“虚拟 可视人”也称“虚拟解剖人”；附加物理化学信息的为“虚拟 物理人”；而附加人体各种生物信息的，则为“虚拟生物人”。
目前，一些发达国家已达到了“虚拟可视人”阶段，即获取了
“虚拟可视人”几何图像信息。而对“虚拟物理人”和“虚拟