数字化虚拟人体学习研究.pptx

第6章 数字化虚拟人体研究数字化虚拟人体的研究概况数字化虚拟人体的科学含义钟世镇教授：所谓“数字化虚拟人体，是将人体结构及其功能数字化，通过计算机技术，在计算机屏幕上显示可视的、仿真的模拟人体。”通过现代信息技术对真人尸体进行数字化处理，从而构建与真人相同的组织形态、功能结构，实现人体从分子到细胞、组织、器官和整个人体的精确模拟的信息系统。数字化虚拟人体阶段第一个阶段：是“虚拟可视人”通过对真人尸体获取连续切片的图像，再经过计算机3D重建技术，形成可视的虚拟人体结构图像。称为“虚拟解剖人”第二个阶段是“虚拟物理人”将人体各种不同结构的功能特性，赋加到虚拟解剖人的框架上，使其具有某些物理特性，例如骨骼遭受暴力会断裂，肌肉切割会向两端回缩等。第三个阶段是“虚拟生物人”。将生命科学研究的成果赋加到虚拟解剖人或虚拟物理人的框架上，具有新陈代谢、生老病死等生理学功能，甚至更进一步将人的思维活动的高级认知功能也赋加到虚拟人框架上，那么这种虚拟人就成了具有巨大存储容量和并行运算速度功能的虚拟智能人了。把“虚拟生物人”分成“虚拟生理人”和“虚拟智能人”两个阶段数字化虚拟人体研究的意义在医学教育上，开创一个全新的数字解剖学时代在医学临床中，制定手术方案，对患者的数字化虚拟人体实施仿真模拟手术肿瘤病灶生长和治疗过程的模拟、血流动力学的模拟、新药试验及其药代动力学的模拟等方面也都具有重要意义计算机虚拟技术、航空航天、防护安全、服装产业、竞技体育、军事训练等多个学科和领域的发展，都具有重大价值数字化虚拟人体数据集研究的历程最早由美国国家医学图书馆（NLM：National Library of Medicine）1989年正式提出，具体由科罗拉多（Colorado）大学组织实施，这就是著名的VHP（Visible Human Project）项目。VHP项目的要求，构建这个系统的目标是首先采集人体CT、MRI和人体切片的组织学图像数据集，然后利用计算机图像处理技术重新构建出各种虚拟人体器官。1994年11月和1995年11月先后公布了一男一女两套数字化虚拟人体数据集。韩国亚洲大学医学院2001年3月完成了“可视韩国人”（VKH）男性韩国人体的数据采集工作。中国科技部2001年11月召开了以“中国数字化虚拟人体的科技问题”为主题的第174次香山会议数字化虚拟人体数据集研究的历程（续）2002年6月，国家高新技术研究发展计划（863计划）决定将“数字化虚拟人体若干关键技术”立项，由第一军医大学（现南方医科大学）、首都医科大学、中国科学院计算所和华中科技大学等单位协作攻关。2003年，国家科技部再次召开会议，将“数字化虚拟中国人的数据集构建与海量数据库系统”课题再次立项，中国数字化虚拟人体研究计划（VCH：Virtual Chinese Human）2003年2月和5月，完成并发布了虚拟中国人女性1号（VCH F-1）和虚拟中国人男性Ⅰ号（VCHⅠ）两套人体切片数据集的采集工作。6.2 数字化虚拟人体数据集的采集数据集采集的基本原理选择符合要求的标本对标本进行CT和MRI人体断层扫描，以获取标本的CT和MRI图像数据集CT和MRI数据集作为一种参考或对比之用对标本进行极度冷冻和其它各种物理处理，为下一步真正获取人体切片数据集作好准备切片间距一般小于1mm对标本进行切片并记录每一个切片的图像数据，所需数字化虚拟人体图像数据集数据集采集的基本方法（续）4. 切片并记录图像数据切削机械的选择选择高品质的切削铣床和切削刀具，需要设计稳固的机床基座，需要制定和设计灵活的切削工序切片间距的确定切片的间距（厚度）越小得到的图像数据越丰富，由此而重建的虚拟人体就会越逼真。VHP男性和女性的切片间距分别是1mm和0.33mm，切片总数分别是1878个和5190个VKH男性的切片间距是0.2mm，其切片总数是8590个VCH F-1和VCHⅠ的切片间距分别是0.2mm和0.1mm，其切片总数分别是8556个和9232个数据集采集的基本方法（续）图像采集系统的设计切片过程中将每一个切片的断面图像用图像采集设备记录下来并存放在计算机的存储系统里。分辨率和图像数据库VHP采用的设备是分辨率为2048×1216像素的胶卷相机，总数据量男、女分别为15G和43GVKH采用的设备是高分辨率的数码相机，总数据量为153.7G。VCH采用的设备是分辨率为3024×2016像素的数码相机和同步进行扫描仪，相机得到的总数据量男Ⅰ号和女1号分别为161.6G和149.7G。数据集采集的基本方法（续）数据后期处理数据集采集完成后，华中科技大学国家光电实验室、首都医科大学和中科院计算所等单位进行了高分辨率的三维解剖结构数据集的可视化处理、数据集存储与共享机制的建立、三维图像的分割、配准和3D重建6.