“虚拟人”是目前比较热门的一个话题,各地媒体纷纷报道关于“虚拟人”的研究情况,虚拟人之争愈演愈烈,广州、北京、长春等地都有关于“虚拟人”的报道,其诞生时间也不断“提速”,由“明年”“年底”上升到“下月”,甚至有报道说中国首例虚拟人已经诞生。那么,“虚拟人”到底离我们有多远?

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新华网吉林频道  策划 王景和 文字 杜学静 图片 迟海峰 制作 邵守志
 
  吉林大学基础医学院李幼琼教授在潜心研究中西方虚拟人相关标准的比较。
  吉林大学基础医学院教授李幼琼(左一)正在与他所带领的学生们一起在电脑上研究人体三维立体结构。
我们只是完成了“虚拟人”研究的第一步  

  “虚拟人”是目前比较热门的一个话题,各地媒体纷纷报道关于“虚拟人”的研究情况,虚拟人之争愈演愈烈,广州、北京、长春等地都有关于“虚拟人”的报道,其诞生时间也不断“提速”,由“明年”“年底”上升到“下月”,甚至有报道说中国首例虚拟人已经诞生。吉林大学基础医学院教授李幼琼指出,现在我们只是完成了“虚拟人”研究的第一步,后面的路还很长。
  据李幼琼教授介绍,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研究层面,目前做的工作是关于虚拟可视人的研究。它是将成千上万个人体横切面的资料在电脑里进行整合、重建的人体三维立体结构。可以大致把这项研究分为两步:第一步,将一个人切成若干片,每个切片经拍照、扫描后,把原始数据输入计算机,这是虚拟可视人的数据采集;第二步是在计算机里合成一个三维立体的人体结构,它可以任意放大、缩小,任意角度旋转,任意角度剖切和透明处理,这才是真正地完成了数字化虚拟可视人。
  李幼琼说:“从科学的严肃性上来讲,仅仅把实验人体切成片,将数据输入计算机,并不算是虚拟可视人的完成,它只是一个前期工作,只是一个对大量数据的采集。而虚拟可视人真正完成的标志,应该是人体数据库的建立,即通过对位、轮廓勾取和体素重建对人体切片的数据进行三维重建。”
  “而且,想要创造出虚拟人,以我国目前的科学技术水平来说还有许多难题,从人体组成来讲,那些微小的血管和周身细小的神经网络在人体切片截面中不易体现出来,这样便很难对此建立数据库,而完整的虚拟人也就无从谈起。”李幼琼说,“目前国内虚拟人的研究大都处于数据采集阶段,开始第二步研究的还非常少。”
  吉林大学基础医学院教授吕衡发表示,许多地方所说的即将诞生或已经诞生的虚拟人,其实只是将切片“摞”起来,成为一个数字化的“人形”。也就是说,它仅仅了完成了轮廓的数字化构建,而其内部结构还未建立起数据库。
  人体是由100多万亿个细胞组成的复杂整体,仅人的神经系统就约有1000亿个神经元,而且,由细胞构成的组织、器官间的相互作用,人体与外界环境的冲突与和谐,这些极为复杂的变化都给虚拟人的研究提出了无数难题。此外,虚拟人研究所涉及的医学图像处理与分析是精确的定量研究,无论是人体解剖结构的精确重建,还是人体器官、组织状态及与周围器官、组织的关系等都需要涉及大量的数据和复杂的计算。虚拟人的诞生不但需要医学和计算机两方面的人才,更需要能将两者融合在一起的专家。
  吕衡发认为,目前我国虚拟人研究工作面临的最大问题就是搞医学的人和搞计算机的人是脱节的,于是只能医学专家做完人体切片的工作以后,将数据库的建设交给计算机专家。而在数据库的建立过程中,要对人体切片上的组织器官进行人工识别,因为组织器官没有固定的规则形状,也无固定的颜色,电脑无法完成这项识别工作,它需要有较高医学水平和丰富经验的人来做,并且,人体器官形态及功能是非常复杂的,计算机专家要据此来编软件,因此这种学科融合将是必要而有意义的,然而也是非常难的。
  李幼琼说:“虚拟人的数字化轮廓完成以后,还要进行主要器官结构的数据库建库,它的完成才标志着虚拟可视人的诞生,而后者将是一项长期而复杂的工作。”

 

专家呼吁:不要炒作“虚拟人”  

  吉林大学基础医学院教授李幼琼日前表示,目前国内各媒体沸沸扬扬炒作的所谓“虚拟人”只是完成了虚拟人研究的第一步,科学研究有其自身的特点和规律,媒体不要炒作拔高。
  李幼琼说,“虚拟人”是个非常专业而复杂的概念,一般认为人体切片完成,将数据输入计算机,一个整体的数字化人形产生,虚拟人就诞生了。而实际上并不是这样,最低限度而言,也要将整个人体的三维重建数据库建立起来才算是完成了虚拟人。吉林大学基础医学院教授吕衡发也认为,目前所说的“中国虚拟人已经诞生”是不准确的说法。
  也许是媒体曲解了研究者的意思而无意中夸大了虚拟人的研究进展,仅就记者手头的一份报道来看,某研究者说“我国首个女虚拟人数据库的采集将于下月完成”,该报道的题目就为“中国首个女虚拟人下月面世”。
  曾有报道说已有一“女虚拟人”诞生,其外形、骨骼和女性生殖器官的三维重建工作已经完成。对此李幼琼认为,该虚拟人的三维重建工作并未完成其最难的部分--颅脑,并且只有将整个人体的三维重建完成了,才可以说创造出了虚拟人。
  李幼琼教授从1998年就开始从事虚拟人的研究,2000年完成了整个人体的数据采集,目前已初步建立起了颅脑的数据库。在这股“虚拟人”热中,李幼琼也接受过媒体的采访,谈到这里,李幼琼可是有一肚子的苦水。
  那是前段时间,吉林某地方媒体的记者前来采访,李幼琼如实地介绍了自己所在课题组的进展情况,表示如果经费充足的话他们也许有能力在两年内创造出“虚拟人”。结果该媒体宣称“中国第一虚拟人将诞生我省,预计在明年内完成”。
   李幼琼说:“媒体的夸大报道会给研究者带来烦恼。比如说即使我们的经费到位了,可明年并没有创造出虚拟人,就会有人猜测,他为什么没造出来呢?这就会给我们带来很多负面的影响。”
  李幼琼呼吁,媒体不要故意炒作、哗众取宠,应该本着实事求是的态度客观报道。

 

 
  吉林大学基础医学院李幼琼教授(左)正在与他的学生研究人体头骨结构。
这是在电脑上建立起来的人体颅骨结构
 
  吉林大学基础医学院李幼琼教授的学生田勇正在将人体的相关颅骨数据输入电脑。
电脑建立的人体颅骨结构
“虚拟人”离我们的生活还很远  

  大家如此关心虚拟人的研究情况,很大程度上是因为“他”可以给我们的生活带来很多方便与好处。但吉林大学基础医学院教授李幼琼提醒广大读者,假如“虚拟人”已经诞生,它在短期内也还不会给普通百姓的生活带来什么重大的影响,它离我们的生活还很远。
  “虚拟人”的用途是大家比较关心的话题,“他”的许多功能已广为人知。就拿与百姓生活最密切的医疗来说,有了虚拟人,“他”就可以替我们“吃药挨刀”。因为虚拟人可以将一个人的所有人体信息收集储存在电脑里,开处方前,医生先将药物影响数据输入电脑,电脑里的“虚拟病人”就会显示服药后的生理反应,从而协助医生对症下药。在动手术之前,也可以在虚拟人身上开刀,电脑上会显示刀口断层及组织断面,为医生制定术前计划作科学参考。此外,虚拟人还在航空、汽车、建筑、国防等许多领域都有非常重要的应用价值。
  但是李幼琼表示,现在媒体所说的许多关于虚拟人的应用还是遥不可及的事情,例如上述虚拟人替我们“吃药挨刀”的情况。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,我国目前在虚拟人的研究方面还仅限于虚拟可视人的阶段,“他”在医学及其它领域的应用是有限的,我们在虚拟人的研究上还有很长的路要走。普通人会觉得很快就可以完成虚拟人的研究,并享受它带来的种种好处,其实虚拟人的应用要和相关学科结合起来,在虚拟人数据库构建完成以后还要结合具体学科做许多研究。
  李幼琼说,虚拟人在医疗卫生领域的应用是我们目前可以明白和确定的,在其它许多领域的应用还是一种设想和摸索,而且国外也只是三言两语的报道,也还处于摸索和研究的阶段。要将虚拟人应用到某一个具体领域中,就要进行一项新的研究,而这种应用研究更为复杂。
  李幼琼认为,现在数字化虚拟人体数据库还没有建立起来,库建成什么样还不清楚,从科学的严谨性出发,可以说虚拟人真正走入我们的生活、改变我们的生活还不是短期内可以实现的,它甚至需要几代人的共同努力来完成,千万不要认为只要虚拟人诞生了,这一切就理所当然地可以实现。
  同时李幼琼强调,关于虚拟人的研究是非常有价值的,它会给人类生活带来难以想象的变化,对提高人类生存质量、推动社会进步有着极为深远的影响。

“虚拟人”--全人类的共同追求  

  虚拟人体是生物学和计算机科学的高度融合,是一个内涵更加广泛,包含当前最先进科学技术的跨学科、跨领域的崭新的高科技领域。世界各国都在紧锣密鼓地进行本国人体的数据库建设,它已成为全人类的共同追求。
  美国在世界上最早开始进行虚拟人的研究。1989年,美国发起“可视人计划”,采集人体横断面的CT、核磁和组织学数据,目的是利用计算机图像重构技术为建造虚拟人体作准备。从1991年开始进行人体切片的数据库建设,2000年8月,研究者推出超高分辨率化数据集,其每一个切片文件为32MB,整个数据集容量在200GB以上,这样庞大的数据集在人类医学史上是首创,它改变了医学可视化的模式,为虚拟世界进入现实医学敞开了大门。为了进一步完善和接近真正的人体实况,美国正在建造第二代有物理性能的虚拟人体和第三代有生理功能的虚拟人体。
  韩国于2000年开始可视人5年计划,该计划已顺利通过前期试验,是世界上第二例通过人体切片来进行虚拟人数据库建设的研究,也是首例具有东方人特征的人体数据采集项目。
  德国、法国、英国等均已开始“虚拟人”研究,但侧重点各有不同。如英国的研究侧重于用虚拟人模拟药物在人体中的作用机制,这样一方面可以减少从实验室到动物再到临床应用的时间,另一方面还可取代人体进行药物初测,以避免药物对人体造成的可能损害。
东方人的特点明显与欧美人不同,而我国现在所用的许多相关标准还引自欧美人的数据,作为人口占全球总人口1/4的中国,研究开发具有中国人种特征的三维数字化人体模型,具有非常重要的意义。我国正式开始对“虚拟可视人”的研究,是2001年在北京香山会议上提出的,很快被列入国家“863”启动项目(“数字化虚拟人若干关键技术的研究”),但在此之前,已有研究者开始这方面的研究工作。
  虚拟人将从各个角度形成人体数字模型,即将人的动态生物学和物理过程用数学方法进行精确描述,并建立相应的、等效意义上的数字化模型。这一创新技术的实施,将会使人类对自身的认识发生质的飞跃。专家设想,将来人类不但可以运用别人身体制成虚拟人,还可以看到虚拟的自己,只要通过人体三维空间摄像处理,便可以在电脑上清清楚楚地看见自己的身体,还能穿越表皮,深入到内脏、血管、神经、骨骼、肌肉等,每个人也都可以拥有自己身体的数据库,真正了解自己身体的运作。美国国防部已将虚拟人体研究列为非致命武器研制组成部分,可见其重视程度。
  吉林大学基础医学院教授吕衡发说:“作为世界上的一个大国,我们应该有自己的人体数据库,虽然我们的虚拟人研究起步比较晚,但是国家很重视,还可以吸收国外的一些经验教训,如利用已公开的标本和数据资源进行人体组织器官模型制备、图形处理、三维重构及虚拟现实漫游等项研究。这可以加快我们的研究速度,使我们能够尽快达到世界先进水平,我对这一点非常有信心。”

 

 
我国首例女性虚拟人部分切片横断面(来源:新浪网)
 
这是厚度为0.1毫米的人体首组切片。
新闻背景:数字化虚拟人  

  “虚拟人”是指把人体形态学、物理学和生物学等信息,通过大型计算机处理而实现的数字化虚拟人体,可代替真实人体进行实验研究的技术平台。
  “虚拟人”将从各个角度形成人体数字模型,即将人的动态生物学和物理过程用数学方法进行精确描述,并建立相应的、等效意义上的数字化模型。它的研究目标,是通过人体从微观到宏观结构与机能的数字化、可视化,进而完整地描述基因、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整体精确模拟。
  数字化虚拟人包括三个研究阶段:虚拟可视人、虚拟物理人和虚拟生物人。虚拟可视人是从几何角度定量描绘人体结构,属于“解剖人”;如果其中加入人体组织的力学特性和形变等物理特性,就是第二代的虚拟物理人;而研究人体微观结构及生物化学特性的则属于更高级的虚拟生物人,它是真正能从宏观到微观,从表象到本质全方位反映人体的交互式数字化虚拟人体。
  研究者利用来源于自然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,经计算机模拟构造出“虚拟人”,可以开展无法在自然人身上进行的一系列诊断与治疗研究。
  “虚拟人”有着广泛的应用前景,可以为医学研究、教学与临床提供形象而真实的模型,为疾病诊断、新药和新医疗手段的开发提供参考,还可广泛应用于生物、航空、汽车、建筑、服装、家具、国防等领域。(完)

 

 


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