虚拟人体解剖模型及其在医学上的应用展望

叶松鹤

（江西省上饶市 江西医学高等专科学校 334000）

1 概述 21 世纪以来，医学领域快速发展并取得了实质性的飞跃，这主要得益于人类与对人体形态和机能的深入研究。虚拟人体的研究已经有几十年的历史，“数字化解剖人”“可视人”“数字化虚拟人体”等一直在持续不断的研究中，这些研究都强调对人体全方位的模拟，包括分子、细胞、组织、器官、基因以及全身，这些研究打开了医学的大门，在虚拟解剖、横断面解剖、斜面解剖以及一系列的医学临床、教学和研究中有重要的作用。

虚拟人体模型就是将人体结构数字化，通过相关的计算机技术和图形图像处理技术，在计算机屏幕上呈现一个看似真实的模拟人体，赋予这个人体以数字化的人体功能性数据。目前，人们已经在器官、组织及其他子系统方面建立了很多虚拟模型，但是在关于人体神经组织和血管的结构模型相对缺乏，基因模型和蛋白质模型更是将来研究的重点。这些研究对于将来的基因疾病的研究和针对性的药物设计有重要意义。

2 虚拟人体解剖模型在医学上的应用前景

2.1 在医学仿真训练中的应用 传统的人体解剖教学是以课堂教学为主，通常利用的辅助教学工具是挂图、模型、标本等。虚拟解剖模型是利用信息技术建立起来的人体模型，形象而真实。人体结构本身就是三维的，数字化模型也是三维的，想了解某一结构，在上面点击相应的部位即可，不仅可以显示其解剖结构，还可以显示其断面解剖结构，而且可以任意角度地旋转，从各个角度观察虚拟人体，比如内窥镜检查和立体视角。该模型还能将器官和组织在人体中的位置进行精准定位，其可视化的特点可以准确地反映出该区域组织结构的复杂解剖结构以及其与其他相邻器官组织的空间关系，比如我们点击了肝脏和骨骼，肝脏就会在骨骼系统中展示出来，这样我们就能了解肝脏与周围骨骼的位置关系。在外科临床教学上，医生可以利用虚拟解剖模型反复地进行演练，进行模拟解剖，最终达到精准的“手艺”，从而节约了培训医护人员的费用和时间，降低了医疗风险，提高了科研质量，整体实现了低代价、零风险、多重复性的优点，促进了医学教育现代化。

2.2 在放射医学及防护中的应用 在针对肿瘤的放射性治疗过程中，需要对肿瘤部位给予高剂量放射，而在周围重要的组织器官其放射性剂量应该在安全的限定范围内，这种治疗在之前需要有足够的信息来制定完善的计划。利用解剖学模型和功能性的模型联合呈像，加之其他三维剂量计算技术，对设计方案进行评估并给出评估报告，医生根据评估报告决定方案是否合适，是否需要实施治疗。解剖学人体模型的开发给放疗模拟和防护的研究提供了一个崭新的手段。从这些模型获得的结果将进一步加深人类对辐射剂量学的理解。尽管目前世界上已经将全身解剖模型同光子、电子、中子和原子核辐射模型功能相结合，但是还存在很多问题需要解决，比如如何进行个性化的剂量计算方面，仍然需要科学界和工程界共同进一步研究和解决。在一定程度上，中国人的虚拟人体模型的数据会对研究亚洲人种有极大帮助。另外，虚拟人体解剖模型的开发不仅仅局限于放疗领域的研究，还将广泛应用于航天、航空、军事国防及汽车、建筑、服装、家具等与人相关的领域，并揭开数字化人类信息时代的帷幕。

2.3 在临床诊断和治疗中的应用 虚拟人体解剖模型可以为临床诊断和治疗提供形象真实的人体结构模型。欧洲的生理人计划已经成功地建立了人体消化系统的功能模型，可以用来研究人体胃肠之间的肌肉收缩波，从而提供医疗诊断的依据。同时其骨骼肌肉系统模型也已经被用来分析人体步态。在临床诊断重要的诊断辅助手段就是影像诊断，传统的影像诊断基础是人体断面解剖学，其提供的图像和数据资料在精度上无法满足当前的临床影像诊断需要，虚拟的人体解剖模型采集了人体连续的断面图像和数据，其精确度甚至可以达到0.1mm，为临床诊断提供了重要依据。

对临床诊治方面，可以模拟肿瘤病灶生长或治愈过程，在治疗过程中，还可以进行手术的三维模拟，同时模拟血流动力学，药代动力学等。

在门诊治疗过程中，医生利用虚拟人体解剖模型可以展示立体的图像，比如患者心脏有问题，医生可以借助该模型进行讲解，不仅缩短了讲解时间还有助于患者了解自己的病情，从而做出更明智的决定。比如一个糖尿病病人不遵医嘱，如果医生能够形象展示他们的器官将受到什么样的损害，以及其可能导致的并发症，那么将在很大程度上促使患者日后遵守医嘱。

3 总结 虚拟解剖人体模型在医院、高等医科学校、医学科研机构中逐步应用并得到极大的推广，为医学教育和医疗研究提供三维可视化模型，在复杂的外科手术及其他领域，如战场救护、远程手术、合作医疗中，都有极大的发展空间和广阔的应用前景，这项技术将提高我们的医疗水平，为医疗事业做出重要贡献。

随着数字化医学的高速发展，单纯可视化的虚拟人体模型将不能适应现代医学的需要，我们将向智能性的虚拟人体模型迈进，这将是医学领域的跨越式发展。智能性的虚拟人体模型不仅包含了原有模型的结构化特点，还将人体的物理性、生理性、可视性和智能性参数结合起来，最终达到了拥有完整人体功能的和虚拟人体智慧的数字化智能性人体模型，其在医学领域的应用无与伦比。