什么是“数字人”
所谓“数字人”,实际上是在电脑里合成的三维人体详细结构。他们没有感觉和思想,但生物数据来自真实的人体。
作为主要完成单位之一,我校(华中科技大学)完成了国家“863”计划生物信息技术主题项目“数字化虚拟人体若干关键技术”的相关研究,其成果——“中国数字人男1号”高分辨率三维解剖结构数据集参加了今年1月在北京召开的“科技创新重大成就展”,并被两院院士评为2005年中国十大科技进展之一。
“数字人”究竟是怎样实现的呢?首先,科学家从自愿捐献遗体且无重大病史的志愿者中筛选出一具标准尸体标本,将其按亚毫米级进行磨削,利用数码相机对切面进行拍照和存储,之后将照片按器官或组织进行分割标识,再通过计算机合成三维的立体人体结构。
“数字人”的中国特色
“中国数字人男1号”是南方医科大学(原第一军医大学)从20位自愿捐献者中筛选出来的“标准中国人”,标本为一名28岁的健康男性。南方医科大学完成原始切面照片获取后,我校生物医学光子学教育部重点实验室完成了高分辨结构数据集的构建与可视化,包括原始切面照片的分割、标识、三维重建、三维立体显示及数据的管理和发布。
去年3月,“863”课题负责人、我校生物医学光子学教育部重点实验室副教授刘谦带领24名科研人员通过“百日大战”完成了上述工作。在3个多月的时间里,他们处理图片近20万张,总容量超过2TByte,完成了数字人海量数据集的构建与管理工作,建立了第一套高分辨率人体生理系统三维解剖结构数据集,是目前世界上获取体素最小的数字人体三维数据结构(体素大小为0.1×0.1×0.2 mm)。
该成果特色主要体现在高分辨率照片的获取,生理结构的精细分割和分类,海量数据的并行三维可视化,数字人体数据集的存储、共享和发布;在切片精度、切片数量和数据量上比美国数字人体数据集和韩国数字人体数据集更为先进。“中国数字人男1号”的原始图像像素高达4040×5880,是目前世界上分辨率最高的人体切削图片。
在刘谦的演示下,记者戴上立体眼睛,电脑屏幕上立刻显示出肝脏器官的立体图形,从主血管到毛细血管,丝丝清晰可见。
“数字人”的应用
“数字人”研究能带来什么好处?这是老百姓关心的问题。
实验室主任骆清铭教授介绍,“数字人”包括数字化可视人、数字化物理人和数字化生理人三个阶段。在三个阶段研究完成后,“数字人”将能够模拟人体的新陈代谢、生长发育、病理生理变化等。他说,现在的工作才是刚刚起步,还有大量的工作要做。
从长远看,“数字人”在医疗卫生领域的应用非常明确。打个比方,有了“数字人”,“他”就能代替人类“吃药挨刀”。因为“数字人”可以将人的所有人体信息收集储存在电脑里,医生在开处方前,将药物的影响数据输入电脑,“数字人”就会显示服药后的反映,这样就能协助医生对症下药,为疾病诊断、新药和新医疗手段的开发提供参考。
在“数字人”身上“开刀”,还解决了医学教学中解剖标本有限的难题。据刘谦介绍,目前实验室正在引进设备,进行基于高精度三维解剖数据集的“数字人”模拟手术系统的研究和开发。
除此之外,“数字人”还可以替代人进行核试验、撞车实验等高危活动,将在航空航天、国防、汽车、体育运动等方面具有广泛的应用前景。
)“未来医疗力求无创,只要用扫描设备和虚拟人的精细结构在电脑里构造一个筋骨分明、逼真立体的‘数字病人’,它就可以代替真人到‘刀山药海’中探路,帮助医生确定最佳的治疗路径。”8月7日,在自治区政府举行的中国数字人数据集赠送仪式上,国家863虚拟中国人课题组专家这样解释“虚拟人”。虚拟中国人利用来源于真人的解剖信息和生理信息,集成虚拟的数字化人体信息资源,通过计算机模拟构造出虚拟人,代替人类或动物到危险环境中去做科学实验,从而应用于国防、航空、航天、体育、影视等多个领域,特别是在医学应用上前景广阔。自治区副主席冯炯华对获赠中国数字人数据集深表感谢,希望在今后的开发、研究和应用中能与课题组继续合作,把高科技项目尽快应用于宁夏的发展。中国工程院院士钟世镇教授表示,中国数字人数据集仅仅是一个形态,虚拟人具备了新陈代谢、生老病死等病理、生理过程,才能进行应用和开发。