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数字人体-虚拟一个有血有肉的人
作者简介
毕思文1956年生，博士，研究员。现任中国科学院遥感应用研究所遥感信息科学重点开放实验员。现任中国科学院遥感应用研究所遥感信息科学重点开放实验室副主任。1991年-1995年在中科院地质研究所获得理学博士学位；1995年—1997年为北京大学地质学系驻站博士后、副教授；1997年-2000年，为清华大学力学系驻站博士后、教授。主要从事数字地球基础理论与数字人体研究，发表论文80余篇，出版专著8部。
“数字人体”就是“人体系统数字学”。在数字人体的研究中，我们不仅需要局部的精雕细刻，也需要对整体的把握。如果我们的注意力和想像力总是聚焦在一个局部的层次上，而不能从宏观战略上放眼国际医学科技发展和世界潮流趋势，那么我们在医学科学技术方面将陷入全面的被动。因此，开展数字人体的应用研究．不仅能开阔人们的思维空间．产生强烈的聚合力．而且，为医学科学技术指明了方向．为从更高层次上集成医学科学技术提供了空前的机遇。
何谓数字人体?
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，并将其集成；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，并可用多媒体和仿真技术进行多维表达，具有空间化，数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统。
简单地说，数字人体是信息化、效宁化的虚拟人体。概括地说，数字人体是指用信息化与数字化的方法研究和构建人体，也就是人体活动的信息全部数字化之后由计算机网络来管理的技术系统，用以；了解整个人体系统所涉及的信息过程，特别注意人体系统之间信息的联系和相互作用的规律。
数字人体能改变我们的生活?
数字人体把关于人体系统的原始数据流转换成可以理解的信息，转换成有医学价值的知识．这种数据不仅包括人体系统的高分辨率的影像，还包括人体系统动力学过程的信息．它的重大革新是对人体的认识上了一个层次，从定性描述到达定量表达。毫不隐讳．数字人体将深刻地改变未来人体系统的研究活动和人们的生活方式。其作用和意义主要体现在：
数字人体将改变医学诊疗的方式。它将在医学研究、临床应用和教育等领域产生广阔的发展前最。
在医学科学技术实验方面，利用数字人体技术可以做你想要做的，虽然不能是—切，但可能是大部分的实验、包括人体系统方面的虚拟实验等．
数字人体为人体系统开创了科学实验条件，使过去认为不可能进行的，结构太复杂的人体系统过程实验成为可能，它不仅可对未来的事件或过程进行实验，而且还可能对已经发生过的系统过程进行反演实验，两者都可为理论创新和技术研究创造条件．这样看，数字人体为医学科学技术的发展提供了强大的动力。
数字人体关注什么?
数字人体研究和构建涉及四部分内容，即基础理沦与模型，技术支撑、系统工程和“数字人体”应用示范，其大框架如图所示．它的核心和目的是汇集并处理巨量的人体信息，进而对人体系统进行高分辨率，四维的描述。它由两部分组成一是呈现某种可浏览的、适合于各种分辨率的多维人体图像界面的用户界面和一种快速增长、连网的人体信息系统；二是整合和显示来自不同渠道的信息机制．
基础理论主要研究内容是建立在医学科学技术、信息科学和计算科学等学科研究的基础上，将人体系统作为一个有机整体，研究人体系统要素之间的相互联系，相互作用的规律，进而建立人体系统现象的发生，发展的人体模型、物质模型、力学模型．数学模型、信息模型和计算机模型等。
技术支撑系统上要研究内容有数据采集，存储，传输、处理和显示技术，还包括构建人体空间数据基础设施、发展超级计算机、大容量时空数据存储，管理、模拟仿真和虚拟现实，显示等。
系统工程是在上述理论研究和技术支撑体系的共同支持下，通过软件开发和硬件集成，建立可行的，分布式和开放的网络信息系统，为我国医学研究和临床应用服务。
什么是数字人体金字塔的基石?
现在要建立数字人体的理论框架，必须解决什么问题?笔者认为有以下几个：
数字人体原型——人体系统 数字人体原型也称为人体系统，主要由人体的物质，结构、经络和动力学特征等各种信息流所组成。这些内容便构成了数字人体的原型，即人体系统．所谓原型是指研究对象的实体。主要研究内容有人体系统物质组成、动力学特征、骨骼框架，结构特征，经络变化、流体规律，活动响应，医学科学技术和人体系统管理决策等。
人体系统基础理论 场(Field)作为一种科学术语，首先出现在物理学中，它是指连续介质中的能量参数。后来这个概念得到了延伸，扩大到具他领域。场实际上是物体，包括人体系统等实体的能量信息的一 种表现；场也可以是能量信息空间和时间的分布特征或者是能量的空间特征。现在场的概念得到了扩充，包括生态场和信息场等。笔者在1999年提出了系统场，为数字人体深层次研究提供了理论基础。场的概念扩展是科学的，任何物体都具有物质和能量两个基本特征。场就是能量的空间范围，场的性质、特征和状态的去征就是信息，因此也可以称为场信息。主要研究内容为系统场基础理论、人体系统场基本类型、人体系统的生态场和人体系统场分析原理等。
数字人体物质模型 数字人体的物质模型是数字人体的重要组成部分。主要研究内容有人体系统的形状和规模、物质组成性质，结构特征和功能等。
数字人体力学模型 围绕着数字人体物质模型的几何学，运动学和动力学特征，数字人体力学模型主要研究数字人体多体系统力学、非完整系统力学、变质量系统力学、碰撞系统力学、破坏系统力学，流体系统力学等．
数字人体数学模型 数字人体数学模型上要研究内容包括：
计算方法：计算力法的研究将沿统一算法趋势发展，这与以往算法研究问题越来越细、范围越来越窄的趋势相反．这类研究将借助于更新的数学理论工具，如用动力系统等来研究算法。高性能计算机和设计与结构优化紧密结合将足新一代算法的显著特点。
科学可视化：数字人体的可视化是将科学汁算的数值结果转化为图形、图像以及动画在计算机屏幕上显示．它帮助人们更好地观察及理解科学计算的结果及发现研究对象的规律。科学可视化依赖于计算几何，数值逼近等，它的实现离不开先进的计算方法，图形运算和高性能汁算机。
数字人体信息模型 数字人体信息模型是有关人体系统能量流、物质流和人流的性质．时空变化、特征和运动状态的表征与认识．它是对人体系统信息的机理、信息产生、信息获取和处理方法以及信息传播规律等进行研究，具体是从研究人体系统信息机理人手．从信息流的角度，探时人体系统信息的结构和性质、人体系统信息的认识和分类，人体系统信息的获取、处理和应用基础理论等．
人体系统过程的动力机制，包括人体系统的物质流、能量流及其所产生的信息流的形成机制与模型，是人体系统的基础理论．产生物质和能量流的动力机制的理论是：人体系统的差异性与非均衡理论、耗散结构理论和引力场理论，而物质流和能量流又是信息流产生的基础理论。主要研究内容包括：人体系统的物质流和能量流、人体系统的信息模型、人体空间的认知模型与信息图谱、人体空间场的信息特征和人体系统的全息信息与记忆信息模型。
数字人体信息获取技术与模拟主要研究内容有数据采集、存储、传输、处理和显示等技术，还包括构建宽带数据网，建立人体空间数据基础设施、发展超级计算机和大容量时空数据存储及其管理，以及模拟、仿真和虚拟现实等技术．
数字人体空间信息基础设施 数字人体空间信息的本质特征是在区域空间上的分布性，具有明显的地理特征．可以根据人种分布、自然地理区域，坐标系统，地名、地址或数码来识别它们。数字人体空间信息的另一重要特征是基础性和综合性。人体信息渗透分布到医学的不同部门和多种科学拉术中，这些部门根据各自的需求收集、保存、更新、维护属于自己范围内的数据。
由于人体空间信息的基础性、区域性．共享性、综合性和分布性，它有别于其他信息。对人体信息的处理涉及到广泛的学科和技术，研究内容主要有人体信息基础设施、人体空间信息基础没施，人体空间数据基础设施、人体空间数据及其标准，空间信息框架，空间信息基础汲施的体系结构和人体空间信息基础设施规划。
数字人体技术方法数字人体呈一个复杂的、开放的巨系统，它是由数据采集系统，计算机处理与存储系统，高连通信信息网络系统，数据库与WebGIS，ComGIS组成的系统，有关设备系统，以及研究，开发与用户等人员子系统共同耻成的一个庞大的、复杂的，与人的脑神经有相似之处的技术系统。数字人体技术方法主要研究地理信息的互操作及Open GIS规范，数字人体的核心技术、数字人体空间数据的Metadata、数字人体的新技术等。数事人体应用效果如何?
人体是一个十分复杂的生物系统．经络是人体的控制系统。经络联系着人体的五脏八腑、四肢百骸、五官九窍，皮肉筋骨脉，控制着人体的生命活动。经络将人体内脏、器官，组织的失调和疾病反映于体表。如果我们能准确地测量和数字化表达这些信息，并对患者体表的相应穴位给以信息治疗，就能使经络失调的病体恢复为健康状态，从而达到治疗疾病的目的。
经络协调诊疗方法使用电阻抗或热测定的方法，首先测定出人体各经络的变异状况，判断哪条经是病经，病是虚证还是实证，病在左还是在右然后基于测定结果，结合病情诊断出病人的疾病；最后用虚补实泻的方法向病经输人负反馈信息，进行治疗。
我们基于这样的原理，将中国传统医学与当代计算机技术相结合，开发出了经络协调诊疗系统，临床应用效果显示，治疗243例精神病患者，痊愈107例，占44%；显效64例，为26%；有效60例，为25%无效12例，为5%。兄效率为70%，总有效宰达到95%。 |
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发表于 2002-8-29 08:17:24
发表于 2002-12-10 10:42:59