虚拟技术在医学领域的应用.pdfVIP

虚拟技术在医学领域的应用 ① ① 董爱荣 李小华 ①广州军区广州总医院信息中心，510010，广州市流花路 111 号 虚拟技术是一门涉及众多学科的实用技术，通过对信息的获取、传递与加工 处理，模拟某些物体或场景，提供实时感知的三维立体界面，并允许用户对其交 [1] 互进行仿真操作，从而为教学与研究提供形象逼真的模型 。 近年来，世界各国尤其是发达国家都对VR在医学上的应用给予了高度重视， 投入了大量人力物力进行研究，有些国家还成立了专门 VR 研究机构。最具代表 性的就是美国国家医学图书馆的“可视人计划”(Visible Human Project，VHP) [2]。1989年美国国立医学图书馆意图建立一个医学图像库，以提供生物医学文献 的图像检索系统。由 Colorado 大学的健康科学中心承担人体断面图像的获取工 作，于1994年获得了一男一女包括CT、MRI和切片图像的数据集[2,4]。计算机利 用这些图像信息进行三维图像重建，在电脑屏幕上重现出看似真实的模拟人体。 这个反映人体结构的形态学的 VHP 解剖学数据集使得人体信息数据出力和三维 重建的时间达维缩短，很快就在国际上大量发行，并陆续推出了各种级别的数据 集和数字解剖图谱产品。继上述“虚拟可视人”研究工作之后，美国橡树岭国家 实验室自 1996 年开始牵头酝酿虚拟人创新计划，其主要设想是将人类基因组计 划与可视人计划的研究成果结合起来，完成人体的物理建模，使虚拟人在外界刺 激下做出带有科学规律性的反应，进一步提高人体信息数字化研究进展。1997 年美国华盛顿大学于发起生理人计划,提出开发对细胞、器官和整体功能的数据 库和计算机模型的设想，如果将这些人体功能性的研究成果加以数字化，附加到 虚拟人体形态的框架上，经过虚拟现实技术的交叉融合，通过操作者的调控，这 个“虚拟人”将可以提供视、听、触等直观而又自然的实时感；英国 PA 咨询公 司与美国菲西奥母科学公司宣布开始联合研制计算机化的“虚拟人体系统”。他 们认为，目前一种新药从研制成功到投入实用，要经过大量的动物实验和临床试 验。如果借助数字化的虚拟人体，模拟药物在人体中产生的作用，测试过程就可 以大大加快，成本也可得到降低。利用虚拟人体取代真人进行药物的初期测定， 还可避免药物可能对人体造成的损害。此外，美国人类脑计划(Human Brain Project，HBP)的第二阶段，也准备将神经科学与信息科学结合起来研究，建立 [2-4] 数据库，绘制出相应的图谱 。 早期利用VHP数据集进行研究开发的国外著名机构有美国航天航空生物计算 中心、哈佛大学(全脑图谱以及外科手术规划)、斯坦福大学(虚拟飞行座舱和虚 拟内窥镜)、汉堡大学(Voxel2Man 系统)、波士顿地区的几个实验室和科研中心 (脑模型和虚拟耳窥镜)、华盛顿大学(数字解剖学家项目及VR在腹腔镜外科教育 1479 和培训中的应用)、日本札幌大学高维成像研究所相等[2,4]。在国内，2001年的香 山科学会议第174次学术讨论会提出我国数字化虚拟人体研究的规划和建议。会 后，“数字化虚拟人体若干关键技术”和“数字化虚拟人体模型构建及海量储存” 列入国家高技术研究发展“863”计划项目。经过一年多的努力，由中科院计算 所、第一军医大学临床解剖学研究所、首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，首先完成了虚拟人体有关关键技术的研究 任务。而后，我国上海、重庆和广州等地的解剖学专家们已先后提供了上海(男)、 上海(女)、重庆(男)和广州(女)4个切片数据集的获取工作，为后续的多学科研 究发展提供了有中国人特点的数据集。在此基础上，现有香港大学计算机科学与 工程学系、北京同仁医院耳鼻喉研究所、复旦大学数字医学研究中心、澳门科技 大学资讯技术学院、中科院自动化所、大连理工大学机械工程学院、厦门大学计 算机系、清华大学生命科学与工程研究院、解放军总医院神经信息中心等众多科 研、教学、医疗单位倡议加