生命科学—新世纪虚拟人应邀闯世界（上）

“虚拟人体”数字化波涛

　　早在１９８９年，美国国立医学图书馆即建立起采集人体横断面 ＣＴ、磁共振ＭＲＩ与组织学数据平台，为大规模利用计算机图像重构技术建造虚拟人体作准备。这一项目称之为可视人体项目。

　　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。

　　１９９１年和１９９４年，负责该项目实施的科罗拉多大学分别选择了男、女各一个活体作为研究载体。其中男的身高１．８２米；女的身高１．５４米。就在他们死了以后，研究人员立即用 ＣＴ和ＭＲＩ作了轴向扫描：男的扫描间距为１毫米，共１８７８个断面；女的间距０．３３毫米，共５１８９个断面。接着研究人员将尸体填充蓝色乳胶并裹以明胶冰冻至摄氏负８０度，再以同样的间距对尸体作组织切片摄影。这些数据称为ＶＨＰ数据集。

　　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。

　　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”主要是利用 ＶＨＰ数据进行人体机能模拟。目前这项模拟研究主要在器官层面。

　　“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的解剖可视化范围。

　　在这项研究中，科学家将物理学（例如组织的电和力学属性）与生物学（生理和生化信息）结合并构筑一个平台，观察人体对各种外界刺激（生理、生物化学乃至心理学）的反应。“虚拟人体计划”的研究成果，将使人体健康信息的储存发生根本性改变。

　　２００１年５月，美国科学家联盟提出数字化人体项目，拟建造最完整的数字人体信息库。

　　“数字化人体”总框架包含 ＶＨＰ数据集和辅助数据集（ＭＲＩ、ＣＴ、ＰＥＴ、常规放射学和解剖学）、虚拟人体的层次、疾病和综合征的临床信息基础、相关的医学学科（胚胎学、人体解剖学、显微和亚显微解剖学、生理学、生物化学），以及不断扩展的工具和产品。

　　美国在“数字化虚拟人体计划”中显露出野心：即将“数字化虚拟人体计划”与“人类基因组计划”研究结果结合，力图保持未来５０年美国在生物学、医学、军事等一系列领域的领先地位。

“虚拟人体”数字化逐浪

　　目前，德、英、法等国也已经开始“数字化虚拟人体”研究，但侧重点不同。

　　英国侧重研究虚拟人模拟药物在人体中的作用机制。这样做一方面可缩短从实验室到动物到人再到临床应用的时间；另一方面还可取代人体药物初测，避免药物对人体造成的可能性损害。但该项研究囿于可视人体数据集的数据来自白种人，故许多方面不能体现亚洲人的特点。

　　亚洲一些国家则积极开展基于亚洲黄种人的可视人体计划。

　　２００１年１月，韩国雄心勃勃地开始了“可视化韩国人计划”。 其目标是完整获取ＣＴ、ＭＲＩ断层扫描及０．２毫米精度的组织切片数据。

　　该计划准备用５年时间，完成４个人体的测试。目前该国已经完成一个人体测试，其数据量为２１０ＧＢ。这是世界上第二例尝试，也是东方第一例有关人种特征的人体数据采集。

　　日本２００１年启动了为期１０年的人体测量国家数据库建造计划。这项计划拟于２０１０年完成７～９０岁３４０００人１７８个人体部位的测定，制定出日本人的人体标准数据。这项研究将在日本工业众多需要人体数据的领域产生深远影响。

　　目前，日本京华医科大学利用ＣＴ和ＭＲＩ影像技术建造了“日本可视人”。