虛擬人體解剖模型及其在醫學上的應用展望

葉松鶴

【關鍵詞】虛擬模型;應用;解剖模型;人體解剖

1概述21世紀以來，醫學領域快速發展并取得了實質性的飛躍，這主要得益于人類與對人體形態和機能的深入研究。虛擬人體的研究已經有幾十年的歷史，“數字化解剖人”“可視人”“數字化虛擬人體”等一直在持續不斷的研究中，這些研究都強調對人體全方位的模擬，包括分子、細胞、組織、器官、基因以及全身，這些研究打開了醫學的大門，在虛擬解剖、橫斷面解剖、斜面解剖以及一系列的醫學臨床、教學和研究中有重要的作用。

虛擬人體模型就是將人體結構數字化，通過相關的計算機技術和圖形圖像處理技術，在計算機屏幕上呈現一個看似真實的模擬人體，賦予這個人體以數字化的人體功能性數據。目前，人們已經在器官、組織及其他子系統方面建立了很多虛擬模型，但是在關于人體神經組織和血管的結構模型相對缺乏，基因模型和蛋白質模型更是將來研究的重點。這些研究對于將來的基因疾病的研究和針對性的藥物設計有重要意義。

2虛擬人體解剖模型在醫學上的應用前景

2.1在醫學仿真訓練中的應用傳統的人體解剖教學是以課堂教學為主，通常利用的輔助教學工具是掛圖、模型、標本等。虛擬解剖模型是利用信息技術建立起來的人體模型，形象而真實。人體結構本身就是三維的，數字化模型也是三維的，想了解某一結構，在上面點擊相應的部位即可，不僅可以顯示其解剖結構，還可以顯示其斷面解剖結構，而且可以任意角度地旋轉，從各個角度觀察虛擬人體，比如內窺鏡檢查和立體視角。該模型還能將器官和組織在人體中的位置進行精準定位，其可視化的特點可以準確地反映出該區域組織結構的復雜解剖結構以及其與其他相鄰器官組織的空間關系，比如我們點擊了肝臟和骨骼，肝臟就會在骨骼系統中展示出來，這樣我們就能了解肝臟與周圍骨骼的位置關系。在外科臨床教學上，醫生可以利用虛擬解剖模型反復地進行演練，進行模擬解剖，最終達到精準的“手藝”，從而節約了培訓醫護人員的費用和時間，降低了醫療風險，提高了科研質量，整體實現了低代價、零風險、多重復性的優點，促進了醫學教育現代化。

2.2在放射醫學及防護中的應用在針對腫瘤的放射性治療過程中，需要對腫瘤部位給予高劑量放射，而在周圍重要的組織器官其放射性劑量應該在安全的限定范圍內，這種治療在之前需要有足夠的信息來制定完善的計劃。利用解剖學模型和功能性的模型聯合呈像，加之其他三維劑量計算技術，對設計方案進行評估并給出評估報告，醫生根據評估報告決定方案是否合適，是否需要實施治療。解剖學人體模型的開發給放療模擬和防護的研究提供了一個嶄新的手段。從這些模型獲得的結果將進一步加深人類對輻射劑量學的理解。盡管目前世界上已經將全身解剖模型同光子、電子、中子和原子核輻射模型功能相結合，但是還存在很多問題需要解決，比如如何進行個性化的劑量計算方面，仍然需要科學界和工程界共同進一步研究和解決。在一定程度上，中國人的虛擬人體模型的數據會對研究亞洲人種有極大幫助。另外，虛擬人體解剖模型的開發不僅僅局限于放療領域的研究，還將廣泛應用于航天、航空、軍事國防及汽車、建筑、服裝、家具等與人相關的領域，并揭開數字化人類信息時代的帷幕。

2.3在臨床診斷和治療中的應用虛擬人體解剖模型可以為臨床診斷和治療提供形象真實的人體結構模型。歐洲的生理人計劃已經成功地建立了人體消化系統的功能模型，可以用來研究人體胃腸之間的肌肉收縮波，從而提供醫療診斷的依據。同時其骨骼肌肉系統模型也已經被用來分析人體步態。在臨床診斷重要的診斷輔助手段就是影像診斷，傳統的影像診斷基礎是人體斷面解剖學，其提供的圖像和數據資料在精度上無法滿足當前的臨床影像診斷需要，虛擬的人體解剖模型采集了人體連續的斷面圖像和數據，其精確度甚至可以達到0.1mm，為臨床診斷提供了重要依據。

對臨床診治方面，可以模擬腫瘤病灶生長或治愈過程，在治療過程中，還可以進行手術的三維模擬，同時模擬血流動力學，藥代動力學等。

在門診治療過程中，醫生利用虛擬人體解剖模型可以展示立體的圖像，比如患者心臟有問題，醫生可以借助該模型進行講解，不僅縮短了講解時間還有助于患者了解自己的病情，從而做出更明智的決定。比如一個糖尿病病人不遵醫囑，如果醫生能夠形象展示他們的器官將受到什么樣的損害，以及其可能導致的并發癥，那么將在很大程度上促使患者日后遵守醫囑。

3總結虛擬解剖人體模型在醫院、高等醫科學校、醫學科研機構中逐步應用并得到極大的推廣，為醫學教育和醫療研究提供三維可視化模型，在復雜的外科手術及其他領域，如戰場救護、遠程手術、合作醫療中，都有極大的發展空間和廣闊的應用前景，這項技術將提高我們的醫療水平，為醫療事業做出重要貢獻。

隨著數字化醫學的高速發展，單純可視化的虛擬人體模型將不能適應現代醫學的需要，我們將向智能性的虛擬人體模型邁進，這將是醫學領域的跨越式發展。智能性的虛擬人體模型不僅包含了原有模型的結構化特點，還將人體的物理性、生理性、可視性和智能性參數結合起來，最終達到了擁有完整人體功能的和虛擬人體智慧的數字化智能性人體模型，其在醫學領域的應用無與倫比。