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聚焦数字人体——访中国科学院毕思文研究员

来源:《中国医药报》
摘要:“如果一切顺利的话,2月26日,我们和解放军301医院的合作正式将开始,这标志着数字人体将迈出临床应用的第一步。”日前,当记者找到中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室毕思文研究员时,他正在为同中国人民解放军301医院的合作而奔走。提起数字人体的话题,他一脸兴奋地说。......

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  “如果一切顺利的话,2月26日,我们和解放军301医院的合作正式将开始,
这标志着数字人体将迈出临床应用的第一步。”日前,当记者找到中国科学院遥
感应用研究所遥感科学国家重点实验室毕思文研究员时,他正在为同中国人民解
放军301医院的合作而奔走。提起数字人体的话题,他一脸兴奋地说。记者就这
项新技术的研究现状和应用前景采访了他。
  记者:对于大多数人来讲,数字人体是一个很陌生或者很模糊的新事物,您
能否介绍一下?
  毕思文(以下简称“毕”):数字人体是以人体系统为原型,以人体坐标为
参考系,以医学科学技术、信息科学、人工智能和计算科学为理论基础,建立一
系列不同层次的原型、系统场、物质模型、力学模型、数学模型、信息模型和计
算机模型并集成。同时,以高新人体观测和网络技术为支撑,建立具有多分辨率、
海量数据和多种数据的融合,并可用多媒体和模拟仿真虚拟技术进行多维的表达,
具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统。
  记者:我以前听说过虚拟人,它和数字人体是不是一回事呢?
  毕:两者有很大区别。虚拟人主要是将尸体进行人体切片的数据库建设。它
与数字人体在研究思路和研究内容上有着本质的区别。
  首先,数字人体的研究对象是建立在多时空、动态的人体系统为研究对象,
以人体时时观测、网络和计算机信息处理为主体的技术系统。而虚拟人研究的对
象是将成千上万个人体切片在电脑里对其进行整合,重建人体三维结构。形象地
说,也就是将切片“摞”起来,成为一个数字化的人形。按照国外虚拟人研究专
家的设想,该研究包括虚拟可视人、虚拟物理人和虚拟生物人三个研究层面,目
前做的工作是虚拟可视人。
  数字化虚拟人在构成人体形态学信息研究的实验平台上有一定意义,可为医
学、生命科学等的研究和应用提供基础和参考,但它是定性的、线性的,与实际
人体系统相差甚远。人体是一个复杂巨大的系统,是由100多万亿个细胞组成的
复杂整体,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,这些极为复杂的人体系统的变化,数字化虚拟人是很难体现的。
  当然,不同虚拟人会取得不同的结果,但无论是虚拟什么人,它研究的立足
点是尸体。所以,得到的研究结果有很大的局限性,与利用活体作为立足点研究
的数字人体有着很大的差异性,这是数字人体与数字化虚拟人在本质上的区别。
如果说有联系,也只是在数字化虚拟技术上。另外,数字人体也做数字化虚拟人
体的研究,目的是为了解人体系统在某一时间、空间尺度的情况。但它的立足点
还是活体。
  记者:数字人体是一个复杂的技术系统,它包括哪些技术呢?
  毕:这些技术主要分为数字人体信息采集技术、数字人体信息处理技术、数
字人体信息表达技术三部分。
  传统常规的数字人体采集技术主要有我们已经熟悉的CT、X线、核磁等,只
是作为信息获取的初级阶段。当前的高光谱技术等技术才能提供人体系统和局部
重复性的、连续地观测数据。这些数据可用于对人体系统作为一个整体进行理解。
其中,量子探测技术用于数字人体值得引起注意,其可获取比亚细胞结构更细微
的结构信息,为深入到微观领域提供更好的技术保障。
  在数字人体研究中,获取到的大量数据建成极大的数据库后,需要超级和巨
型计算机来进行数据处理和管理。此外,还需要与高性能的工作站相结合来处理
数据。
  数字人体的信息表达技术主要有数据、图像、预报告三类。包括虚拟现实和
仿真技术以及数字人体空间信息基础设施的构建技术。
  记者:如果数字人体的技术成熟,为了实现人体的信息资源共享是否要进行
数字人体的标准化工作?
  毕:标准化是必要的,更是必需的。为了实现人体的信息资源共享,保证数
字人体系统整体的协调性和兼容性,发挥系统的整体和集成效应,需要制定完整
配套的反映标准项目类别和结构的标准体系表。这项工作的实用性和战略意义毋
庸置疑。它的主要内容有数字人体标准化的基础理论、数字人体数据标准化、数
字人体信息处理标准化、数字人体系统构建标准化等。
  记者:数字人体将对未来的医学领域产生什么影响?
  毕:数字人体要描述和模拟的是人体内部各器官和组织的构成,以及机能活
动原理。通过计算机的人体三维空间影像处理后,人们便可以在计算机上清楚地
看见自己的拷贝,每个人都可以拥有自己身体的可视人,了解自己身体的结构和
状况,并可穿越表皮,深入到脏器、血管、骨骼、肌肉、皮肤。随着人类基因组
计划的进展,数字人体的研究还应实现人体微观的结构和机能的数字化和可视化,
完整地描述基因、蛋白质、细胞、组织以至器官的形态与功能,并可最终逐步实
现人体信息的整体精确模拟。
  这些功能将对未来的医学模式产生重大的影响。具体举例来讲,对于那些高
手术,可以利用数字人体反复实验,直至找到最佳的手术方式。这种情况给个
体化诊疗提供了技术支持,使之成为可能。另外,人们可以利用自己的数字人体
进行全面地检查,做到防病于未然。
  记者:在中医药领域,数字人体将发挥什么作用?
  毕:当前,现代生命科学和信息科学技术的迅猛发展,为中医药现代化研究
提供了先进的技术平台。现代中医学的发展,需要更加完整、清楚了解人体科学,
数字人体为其提供了非常好的方法和手段。它不仅可对人体系统未来事件或过程
进行实验,而且还可对已经发生过的人体系统过程进行反演试验。我认为,中医
药现代化首先应当进行人体系统数字化,从而抓住中医症候、中医方剂和针灸原
理三个关键问题。应该说,数字人体是解决中医药现代化的有效途径和瓶颈,是
中医药现代化的需要,并将在中医药现代化发展中起着越来越重要的作用。
  尽管与实际要求还有很大距离,我国的数字人体研究工作已经开始。数字人
体在探索中医经络原理及诊断机理方面的应用已经得到重视。这次在我们与解放
军301医院的合作是属于科技部的“国际神经信息学网络中国结点”项目。主要
是利用数字人体技术来构建针刺脑神经功能数字图像、数据库以及相关穴位的模
型。
  记者:据我所知,经络学是针灸学的理论基础,经络实质的探讨(循经)对
指导针灸临床治疗及阐述针灸作用机制有重要意义。但至今人们仍未能发现、绘
制出经络特异的组织形成结构。您认为困扰多年的中医循经难题是否被数字人体
破解?
  毕:不排除这个可能性。利用数字人体的超规模人体数据库与计算机生理病
理的程序模拟,可以解决循经的复杂性,克服循经中人体组织功能方面不能对应
经络系统的整体相关性,模拟出符合经络系统的动态稳定有序性的各种生理病理
状态。有了客观的人体生理反应数据和机体反应三维图像,我们就将能解决困扰
科学家几十年的循经难题。
  我认为,经络可能是一种暗物质。其在可见光下不能被观测到。数字人体可
以从量子人体的角度去观测更微小的结构,不仅可捕获可见光信息,而且可以捕
获暗能量信息,从而在经络研究方面有着重要的意义。
  图为毕思文研究员在接受采访。
  文/图本报记者 刘云涛



作者: 2006-6-13
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