数字化虚拟人体研究课件
神奇的人体数字课件
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内分泌系统与数字
内分泌系统的功能
分泌激素、调节生理活动。
数字奥秘
内分泌腺体如甲状腺、胰腺等分泌的激素量都有一定的范围，这些数字特征共同维持了内分泌系统的平衡，保障 人体正常生理功能的发挥。
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人体健康与数字
健康指标与数字
体温
正常体温在36.5-37.5°C之间， 过高或过低都可能表示身体异
常。
便医学教育和研究。
未来医学与数字
个性化医疗
随着数字化技术的发展，个性化医疗将成为未来医学的重 要方向，根据每个人的基因、生活习惯等数据，制定个性 化的治疗方案。
远程医疗
远程医疗技术使得医生和患者无需面对面接触即可进行诊 断和治疗，大大提高了医疗服务的便利性和覆盖范围。
预防性健康管理
通过数字化工具和数据分析，人们可以更好地管理自己的 健康，预防疾病的发生。
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人体数字的奥秘
人体尺寸
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身高
成年人的平均身高为165175厘米，但这个数值会 根据地区、人种和性别有 所差异。
臂展
一般来说，人的臂展与身 高大致相等，这是由于人 体骨骼结构的自然生长所 致。
手掌长度
手掌长度通常与身高成正 比，平均每10厘米身高对 应约7厘米的手掌长度。
人体重量
肥胖程度
器官
器官是由多种组织组成的具有一定形态和功能的结构。
人体内有多个器官，如心脏、肝脏、肺脏等，每个器官都有其特定的生理功能。
器官通过相互协作和配合，共同完成人体的各种生理活动。
系统
系统是由多个器官组 成的具有完整功能的 体系。
各系统之间相互联系 、相互制约，协同工 作以维持人体的稳态 。
数字化虚拟人体
数字化虚拟人体发文时间：2001年12月28日数字化虚拟人体首都医科大学生物医学工程学院秦笃烈引言医学的发展动力始终和各个时期的高科技密切相关。
一个内涵更加广泛的、包含当代最先进技术和庞大学科群的崭新高科技领域———数字化虚拟人体，已经浮现出地平线。
21世纪的医学将有大的飞跃，这种飞跃的基础是对人体形态和机能的更加深入的定量研究。
经过将近30年在不同领域的发展和酝酿，终于形成了虚拟人体（V irtual Human）或数字化人体（D igital Human）这一共识。
2001年4月21－27日，由斯密森学会组织了诺贝尔周，邀请一批诺贝尔奖得主及其他著名科学家作报告，总题目就是“虚拟人”，副标题为“21世纪科学的领域”。
这次会议的组织意图是将21世纪许多最前沿的学科的成果聚焦到虚拟人的建造上。
从这个意义上讲，这次会议的主题具有新的科学宣言的品位。
虚拟人体的发展已经有几十年历史，到目前为止有以下三个大的信息源头，各自有国际合作网络，他们都有全方位模拟人体的长远计划：1、由美国国立医学图书馆倡议的可视人体项目（V HP），侧重于人体结构的数字化以及相关知识库的研究。
2、美国橡树岭国家实验室提出的虚拟人体（V irtual Human）计划，利用V HP数据侧重人体机能模拟，目前为器官级。
3、由美国科学家联盟提出的数字化人体（ D igital Human）项目，所建造的数字人体信息库是最完整的。
其研究强项是细胞级虚拟人体模拟。
作为科技发展方向，我们可以将这三个部分统称为数字化虚拟人体。
数字化虚拟人体方法论有以下特点：·强调整合。
要及时地将各个领域的研究成果整合到虚拟人体的研究；·人体的全方位模拟。
包括基因、分子、细胞、组织、器官以及全身。
全方位推进工程学方法；·推动人体模拟软件大发展。
推出人体数字图谱、虚拟细胞等软件；·推动尖端研究设备的研制。
·瞄准医学教育和临床的革命性变革。
中国数字化虚拟人体研究的发展与应用
《科技政策与发展战略》2004年第1期中国数字化虚拟人体研究的发展与应用——香山科学会议第208 次学术讨论会综述以“中国数字化虚拟人体研究的发展与应用”为主题的香山科学会议第208 次学术讨论会于2003年9月9～12日在北京香山举行。
会议聘请第一军医大学钟世镇院士、深圳大学牛憨笨院士、首都医科大学罗述谦教授和中科院计算所李华研究员担任执行主席。
会议的中心议题是：断层解剖数据获取关键技术探索、多光谱探测技术与人体组织信息获取、图形图像处理技术、网格与数据共享、神经与微小器官信息获取等在医学和相关领域的应用。
一、我国数字化虚拟人体研究进展及待解决的问题中科院计算所李华研究员代表会议筹备组作了题为“中国数字化虚拟人体研究的发展与应用”的总评述报告。
报告中指出，我国已经基本掌握了低温冷冻标本切片的加工方法，对于0.1mm或者更薄的高精度断层切片数据的获取有较大的把握。
图像的准确分割是器官和组织三维重建的基础。
如何提高人体切片图像数据图分割的精度和速度是目前公认的瓶颈。
随着切片加工精度的提高，这一问题越来越迫切。
如果以0.1mm间距切片计算，一个完整标本加工将获得大约2万片断层图像。
因此，寻求新的技术方法解决这一问题具有重要意义。
由于不同的人体组织内在的质的不同，采用多光谱技术，其中包括紫外线照射获得人体组织的不同自体荧光图像，期待能够有利于将不同组织区别开来。
深圳大学利用光谱成像技术，找到对于特定组织的特异光谱区间，就可能对神经等组织的分割和建模奠定基础。
在此方面的技术进展，可能使我们处于国际领先的地位。
大规模数据或者海量数据的处理是伴随数字人研究要解决的另一个关键技术。
数字人的研究将伴随庞大的人体信息数据库的建设是显而易见的。
数据量大，层次关系多，数据实体复杂，前所未有。
以目前的实验数据集为例，0.2mm片层间距变为0.1mm间距时，数据量将由目前的近150G 变为1.2T。
如果计及随后重构处理所产生的新数据，整体规模还要成倍增长。
医学虚拟现实与临床医疗(PPT 78页)
教学模型
心脏
力学模型
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例
微型诊疗系统
－－消化道检测胶囊
电路板 传感器阵列
旋转内部 小丸而露 出传感器
诊断
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电池
储药仓 旋转内部小丸 而释放药物
治疗
美国Medtronic公司的 BravoTM 药丸可吸附在食 道上实时监测PH值，已进 入临床。
美国SmartPill Diagnositics, Inc.研制 的SmartpillTM 智能药
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沉浸式虚拟现实系统的特点
具有高度实时性能。 具有高度的沉浸感。 具有良好的系统集成度与整合性能。 具有良好的开放性。 能同时支持多种输入与输出设备并行
工作。
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桌面式ＶＲ系统 (Desktop VR)
桌面式虚拟现实系统也称窗口虚拟现实，是利 用个人计算机或初级图形工作站等设备，以计 算机屏幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口， 采用立体图形、自然交互等技术，产生三维立 体空间的交互场景，通过包括键盘、鼠标和力 矩球等各种输入设备操纵虚拟世界，实现与虚 拟世界的交互。
2.虚物实化：确保用户从虚拟环境中获取同真实环 境中一样或相似的视觉、听觉、力觉和触觉等感 官认知。
3.高性能计算处理技术：主要包括数据转换和数据 预处理技术；实时、逼真图像生成与显示技术； 多种声音的合成与声音空间化技术等。
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虚拟现实_特点
1.沉浸感( Immersive) :用户将感觉不到身体 所处的外部环境而“融合”到虚拟世界中去;
数字人计划(Digital Human Project, DHP)。 43
虚拟人_数字人
数字人计划
目标：实现人体从基因到分子、细胞、 组织、“虚拟可视人”
数字化虚拟人体的研究进展及在解剖教学中的应用
【摘要】数字化虚拟人体是将医学与信息技术、计算机技术、虚拟现实技术相结合的科技前沿性研究课题，是一项信息技术与医学等学科相互交叉、综合发展起来的前沿性交叉学科。
本文介绍了数字化虚拟人体的国内外研究概况及在人体解剖教学中的应用前景。
【关键词】数字化虚拟人体；研究进展；解剖教学数字化虚拟人体就是应用数字图像、图形以及现代计算技术，采用人体解剖学和现代影像学方法，获取人体解剖结构的数据信息，在计算机上建立的全数字化的人体真实结构的三维模型［1］。
这一研究，需要人体解剖学、计算机图形图像学和医学专家协作研究，在获得完整的人体薄层连续断面图像数据集的基础上进行综合研究，建成可视化人体和各种面向应用的虚拟人体模型，为与人体结构有关的领域，如现代临床医学、体育、航空航天、汽车撞击、核武器防护、创伤研究、仿生学、人体器官代用品的研制等，提供基础平台，是具有广阔应用前景的重大课题［2］。
1 数字化虚拟人体研究的国内外进展早在1989年，美国提出了“可视人体计划”［3］。
1991年8月开始进行人体结构数据的采集和三维重构。
美国可视人体计划的实施在全世界引起了巨大反响。
韩国、日本、德国和澳大利亚也纷纷启动了可视人体计划。
其中，韩国可视人体计划的正式实施和取得的阶段性研究结果令人注目。
韩国实施了可视人体5 a计划。
日本2001年启动了为期10 a的人体测量国家数据库建造计划。
这项计划拟于2010年完成7岁～90岁34 000人178个人体部位的测定，制定出日本人的人体标准数据。
这项研究将在众多需要人体数据的领域产生深远影响。
目前日本京华医科大学利用ct和mri影像技术建造了“日本可视人”。
现在国外已经开发了新的计算机人体解剖模拟学习系统，建立了骨骼、肌肉和心脏等部分器官的三维模型，如华盛顿大学开发的数字解剖学家系统、汉堡大学开发的voxel man系统等［4］。
我国于2001年11月5日~7日，在北京香山召开了主题为“中国数字化虚拟人体的科技问题”的第174次香山科学会议，宣布了中国数字化可视人体研究的开始。
数字虚拟人的研究与应用
特点1
分辨率高， 标本骨髓内部结构、 小血管都能辨认
血管灌注技术高， 使最终的模型拥有丰富的微小血管
所选人体具有高保真性
特点2
特点3
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《中国数字人解剖系统》建立了人体解剖学2800多个人体结构的三维结 构模型(男性人体2300个，女性人体500多个)。经中国解剖学会鉴定：结构 模型精准、完整，表面纹理真实；合成后的矢状面和冠状面结构图像清晰； 目录和结构操作方便，并能进行双屏显示和立体显示，是目前国内外现有唯 一拥有中国人人体特征的完整数字人解剖系统。
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增加了解剖结构的说明文件和关键点的标注，对 于学生自学会起到很大的作用。
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断面显示功能是将人体从横、矢、冠（即上下、前后、 左右）三个方向进行切割，形成均匀的断面展示人体。 断面的层间距最大为1mm，能够任意放大与缩小，分辨 率为0.167mm×0.167mm/像素。
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三、军事应用：虚拟人在军事医学上也很有价值。比如，可以用虚拟人 来试验核武器、化学武器、生物武器的威力。现在的核爆炸试验都是利用动 物进行。试验前在离核爆中心的不同距离放置动物，核爆后再把动物收回来 检验。有了虚拟人就可以直接拿她来做试验。 四、肿瘤治疗：放射治疗是目前治疗肿瘤疾病的一个重要手段，但由于 现在做放射治疗的医生只能凭经验进行辐射量的调节，病人往往担心在此过 程中受到过量的辐射。现在有了虚拟人，医生就可以先对虚拟人作放射治疗， 通过其身体的变化来测定实际辐射量的使用，最后再用到真正的病人身上。 这样就进一步提高了治疗的安全性。
切面拍照、分析，将数据输入电脑，由电脑合成三维人体生理结构。 再将数据、生物物理和其他模型以及高级计算法整合成一个研究环
首例中国女性数字化可视人体数据集采集与可视化研究
论著文章编号:100025404(2003)0520394203首例中国女性数字化可视人体数据集采集与可视化研究张绍祥1,刘正津1,谭立文1,邱明国1,李七渝1,李 恺1,崔高宇1,郭燕丽1,刘光久1,单锦露1,刘继军1,张伟国2,陈金华2,王 健3,陈 伟3,陆 明3,游 箭3,庞学利4,肖 红4,许忠信5,王欲更生5,邓俊辉5,唐泽圣5 [第三军医大学:1基础医学部人体解剖学教研室(计算医学研究室),重庆400038;2附属大坪医院野战外科研究所影像诊断科;重庆400042;3附属西南医院放射科;重庆400038;4附属西南医院肿瘤科放疗中心;重庆400038;5清华大学计算机科学与技术系;北京100084) 提 要:目的 建立中国女性数字化可视人体(Chinese digitized visible human female )。
方法 选择经肉眼观察、CT 和MRI 检查无器质性病变的中等身材、青年女性人体标本1例,经外形测量、血管灌注后,用5%明胶包埋,置入-30℃冰库中冰冻1周,然后在-25℃低温实验室中用TK 26350型数控铣床(铣切精度为01001mm )从头至足逐层铣切。
逐层用高清晰度数码相机摄影,完成人体模型数据获取,得到人体结构数据集。
利用连续断层图像数据,在SGI 图像工作站上,利用本课题组自主开发的三维重建软件包进行人体结构的三维重建和立体显示。
结果 所选用标本为女性,22岁,身高1620mm ,体质量54kg ,非器质性疾病死亡。
CT 扫描层厚:头颈部为110mm ,其他部位为210mm 。
MRI 扫描层厚头部为115mm ,其余部位为310mm 。
连续横断面层厚:头部为0125mm ,其他部位为015mm ,全身共计3640个断面。
数字化摄影分辨率为6291456(3072×2048)像素,每个断面图像文件大小为36M B ,整个数据集数据量为131104G B 。
VR在医疗领域的应用分析 教学PPT课件
一、发展现状
（二）国外发展状况
1、VR 医疗发展现状
➢ 典型应用案例:
（2）VR 病灶重现
在 VR 技术的帮助下，患者可以和医生一起“走进” 他的身体里，进而制定更精准的治疗方案。国外有VR 公司为每名患者量身定制一个360°的虚拟现实世界， 通过VR 技术将患者身体的病灶重现（图1.6）。医生 可以邀请患者一起“钻”进这个世界，共同商量制定 治疗方案，并通过反复模拟操作最终实现手术风险的 显著降低。
➢ 虚拟现实在健身方面的典型应用案例 1、VR 健身场景模拟
二、主要发展方向
（二）虚拟现实+个性化健身
➢ 虚拟现实在健身方面的典型应用案例 2、VR 健身场景模拟+数据化
二、主要发展方向
（二）虚拟现实+个性化健身
➢ 虚拟现实在健身方面的典型应用案例 3、AR 虚拟健身教练
二、主要发展方向
（二）虚拟现实+个性化健身
➢ 虚拟现实在护理学方面的典型应用案例 4、VR 心肺复苏教学及考核
二、主要发展方向
（五）虚拟现实+康复训练
➢ VR 康复训练是指有各种运动障碍的人群，通过在3D 虚拟环境中做自由交互以达到自理生活、 自由运动、解除心理障碍的训练。传统的康复训练不但耗时耗力、单调乏味，而且训练强度和 效果得不到及时评估，很容易错失训练良机，而结合3D 虚拟仿真技术的康复训练可以较好解决 这一问题，对完全丧失运动能力的患者也有独特效果。
➢ 虚拟现实在健身方面的典型应用案例 4、AR 健身鼓励软件系统
二、主要发展方向
（三）虚拟现实+心理障碍治疗
➢ 虚拟现实技术在国外已较多应用于治疗各种心理障碍疾病，如退伍老兵创伤后遗症、残障人士 幻肢痛、儿童多动症、自闭症和认知功能障碍等，甚至对于改善恐高症、幽闭恐惧症、飞机恐 惧症都有效果。