数字人———微创外科可能结合的新技术
钟世镇
人体解剖学诚然是基础医学中十分古老的形态学科,因其研究技术的滞后,难登现代医学大雅之堂,曾被学术界感叹地喻为“枯藤昏鸦,落日残霞”式的夕阳学科,显得老态龙钟,步履蹒跚。囿于科研选题艰难,曾经面临“山重水复疑无路”的困境。我们学科开展现代临床解剖学新的研究方向后,出现了新的转机,“满眼生机转化钧,天工人巧日日新”,在古老的人体解剖学科里,创建了“临床解剖学”这个生机蓬勃的、新的分支学科,出现了“柳暗花明又一村”的喜人景象。总结我们开展临床应用解剖学研究的主要体会,必须有三个相结合,这就是:与临床发展需要相结合;与新技术的应用相结合;与形态结构有关的专科相结合。微创外科是外科学领域具有里程碑意义的新发展。微创外科的优点十分明显,新的问题也不少。优点是:创伤小,康复快;技术特点是:首先经天然孔道无孔不入,发展到人工孔道的无孔也入;出现的新问题是:由于是一孔之见,管中窥豹,只见一斑,操作视野局限;存在问题是:盲目性较强,误判率较高。为此,我们学科今年成立了“微创外科解剖学研究所”,目的是建立一个基础与临床相结合的技术平台,为微创外科的发展,提供形态学方面的理论依据。主要的研究方法是:按照微创外科操作程序,识别人体形态结构;按腔镜下所见,了解结构毗邻关系。关键要点是:见微知著,窥一斑而知全豹,既见树木,又识森林。目标是通过应用解剖学研究,建立一套凭局部的感知,能了解周邻结构,上升为带规律性的理论基础。在微创外科解剖学研究中,其中可能有一个新技术结合点,那就是“数字人”。“数字人”是一种新的技术载体。数字人的主要内涵是用前沿的信息科学技术,将人体结构数字化,输入计算机后,能在电脑屏幕上,出现看得见的数字化可视人,还可以通过虚拟仿真的技术处理,出现动画式的虚拟动作,故又被称为数字化虚拟人体。按照数字人的研究进程,概略地可以划分为4个阶段,即:数字化可视人,数字化物理人,数字化生理人和数字化智能人。在第一阶段,首先是要建立一个人体框架,技术要点是将人体切成许多横断面,这就是通常称之为人体的数据集。将数据集的各个二维平面的图像数字化处理后,可以输入计算机,经过三维重建技术,出现立体的可视人体图像。第二阶段,在可视人的框架上,赋予人体材料的物理学性能参数。经过构建的数字化物理人,将进一步有物理学的性能,例如:不仅可以看见人体骨胳的形状,而且施加暴力打击后,还会出现骨折的效应。第三阶段,将人的生理功能参数加以数字化,这是一项难度很大的工作,研究成功后的数字化生理人,将能反映人体新陈代谢、生长发育、病变转机的过程。第四阶段的数字化智能人,将具有部分分析思维的功能,不过,永远不可能取代万物之灵的人脑作用。数字人研究的科学问题和关键技术。主要涉及人体数据集的获取、图像处理和分割、三维重建与可视化、虚拟仿真、图像融合、专业模型的建立等环节。在国际上,美国最先研制了可视人计划数据集(ＶｉｓｉｂｌｅＨｕｍａｎＰｒｏｊｅｃｔ,ＶＨＰ),已在全世界广泛发行。这个ＶＨＰ数据集包括一男一女两套资料,男性切片间距1 0ｍｍ,总切片数为1878片;女性切片间距0 33ｍｍ,总切片数为5189片。ＶＨＰ数据集公布后,每两年召开ＶＨＰ应用国际会议,从已经举行过的4次会议中,可以了解到取得了极为丰富的成果。用这个数据集,构建了虚拟解剖图谱、微观组织的三维重建、立体动画制作、手术模拟操作训练、内窥镜的模拟漫游、监控放射治疗过程、研究药物代谢动力学状况等。在我国,先后在2001年和2003年,召开了两个香山科学会议,启动了数字人的研究工作,目前已有8个正式报道的人体数据集资料,切削精度已能达到0 1ｍｍ,总切片数高达9232片,为我国数字人后续研究提供了框架资料。数字人在医学科学领域,有特别重大的开发应用前景。因此,我国医学界在这个学术领域,较早地掀起了一个研究高潮,在初步提供的“数字可视人”数据集基础上,对部分外科术式的物理性能加以赋予,已有许多数字医学、计算医学、生物医学工程学、医学图形图像学、计算机学、虚拟现实技术学、可视化与图像学等科研单位,开展了后续的研究工作。数字人是微创外科有可能结合的新技术载体。在微创外科的萌芽和发展过程中,除了外科学家精湛的操作技术外,很重要的是医疗器械设计师们独具匠心的创新发明,而且吸收了大量的前沿性信息科学技术。微创外科目前已拥有不少的数字化技术含量,主要的操作过程是在影像导航和监视下完成。为此,在数字人这个新的技术载体出现后,理应捕捉这种新技术的结合点,开展有关的研究工作。若能结合腔镜一孔之见,通过数字人技术,编制出能显示直观可视的相应局部结构和毗邻的图像,能减少手术操作的盲目性,减免事故的发生率,将能提高微创外科的整体水平。 |
发表于 2005-4-21 01:23:05
