中新网3月19日电 前不久，据媒体报道，以一名少女为“蓝本”的中国女性虚拟人已经诞生。中国少女是怎样被“虚拟”的？其作用究竟有多大？

　　今天的科技日报对此进行了披露。报道称，中国21世纪是生物科学的世纪，因此发达国家牵头的“数字虚拟化人体”研究项目更成了焦点中的焦点。美国是这项恢弘计划的先行者，早在上个世纪80年代中后期即投入巨资开始“虚拟美国人”计划的研究，并于1994年和1996年相继推出一男一女两个虚拟人。作为亚洲的近邻，韩国、日本也相继启动了虚拟人体的研究计划。

　　——中国虚拟人计划应时而生

　　中国的科学家再也坐不住了，虚拟人体的研究是关系到新世纪中国医学能否走到世界前列的大问题，涉及一系列基础科学问题和关键技术，这样一个极富挑战性的课题，怎能没有中国科学家的身影。同时还有一个原因也促使中国科学家决定建立具有中国人特性的虚拟人体。美国利用“可视人计划”数据集开发的1.8万多个解剖结构图谱在起步阶段就售价3.7万美元。基于图像处理的临床应用软件动辄数十万美元，如果中国没有自主版权的人体数据，仅图谱一项就会造成巨额外汇的流失。况且这些数据采自白人，不一定适合中国人的各项生理指标。

　　开展中国虚拟人计划还要有先进的技术作支撑。目前中国在许多方面已有较多研究积累，在医学解剖学的研究中，除传统的组织与器官标本之外，在血管铸型等人体管道标本的制作等许多方面已达国际先进水平，加上中国现代化医学成像设备、高性能计算机和高速网络的应用，中国开展虚拟人体研究所必需的软硬件条件已经具备。

　　——香山会议的重大决定

　　2001年11月以“中国数字化虚拟人体的科技问题”为主题的香山科学会议第174次学术讨论会在这样的形势下召开了。第一军医大学钟世镇院士、中科院计算所李华研究员和首都医科大学罗述谦教授担任执行主席，与会的42位中外专家热烈讨论中国的虚拟人体计划。会后，相关的“数字化虚拟人体若干关键技术”和“数字化虚拟中国人的数据集构与海量数据库系统”两项课题相继列入国家863项目，由中科院计算所、首都医科大学、华中科技大学和第一军医大学等4家单位协作攻关。

　　至此，中国虚拟人计划进入了实质性阶段。此时正值2001年12月。

　　在第一军医大学一间普通的研究室里，由中国工程院院士、第一军医大学钟世镇教授带领下的研究小组日夜奋战起来。按照香山会议确定的计划，中国虚拟人的切片厚度精确到0.1毫米(美国男女虚拟人分别是1.0、0.33毫米)，并提出了新的设计和组装方案。与美国和韩国的“虚拟人”相比，中国将放弃对标本原型的卧姿固定切削，改为立姿固定切削。

　　0.1毫米的切削精度是世界上少有的，给工作人员带来了问题，为了保证切片的厚度该采用哪种刀具呢？研究人员选中了哈尔滨刀具厂的产品。

　　当研究小组向哈尔滨刀具厂订做特制刀具时，厂家却犯难了：他们的刀具广泛应用于机械加工(如钢材切割刀)，但从来没有用来切过人体。钢材密度均匀，而人体有骨头、肌肉、皮肤等密度不同的软硬组织。这样复杂的切割对象刀具厂还是头一次遇见，厂家克服困难，精心为研究小组提供了三套刀具，回广州调试并“试用”。

　　研究人员先拿一个西瓜“试刀”，将其切成薄薄的细片，见识了刀具的“软功”；再对新西兰大白兔进行切片试验，结果发现当兔子被急冻冷藏后肢体僵硬，切片效果不错，甚至可以达到0.02毫米的切削间距精度，这意味着人体的切片可以由预期的16600片增加到83000片。但由于受到计算机储存和运算能力的限制，研究小组决定还是按原计划的厚度切削。

　　2002年4月一名28岁的湖南籍汉族健康男子死亡，没有任何传染病和代谢疾病，具有健康中国人的代表性。研究小组从20名自愿捐献遗体的志愿者中筛选出他作为中国虚拟人计划的尸体标本，取名为“中国虚拟人Ⅰ号”。而美国虚拟人原型曾在15岁时手术切除右睾丸，21岁时切除阑尾，38岁时拔过一颗牙。韩国虚拟人原型则是一位死于淋巴瘤的65岁老人。由于美韩均对尸体标本使用了过量福尔马林灌注，尸体都出现了不同程度的肿胀变形，采集的数据与原型都存在着偏差。我国虚拟人原型作为“标准中国人”，失真度小，更有应用价值。

　　完成虚拟人的建构，第一步就是对标本进行切片处理。研究人员使用药物对其全身组织进行固定，使用明胶、朱砂、淀粉进行动脉的显色和填充，这就是由钟世镇院士提出的血管铸型技术——通过给尸体动脉灌注明胶、朱砂和淀粉，使动脉呈现红色，使之很容易和静脉区分。

　　这一技术利用人体动静脉回流的原理：人死了动脉内的血管是空的，而静脉内填满了黑色的淤血。把红色的“塑料液体”灌注入动脉，那么人体所有动脉就会呈现出红色，而静脉是黑色的。一黑一红，在电脑读取切片数据时就很容易分辨出动脉和静脉了。这项技术绝对是世界独有的。美、韩现有虚拟人的血管动、静脉并没有区别出来，也就是说，他们在对虚拟人进行图像分隔时只能看到骨骼、肌肉和脏器，而无法分清动脉和静脉血管。就以外科手术上特别重要的动脉和静脉而言，美国的血管识别，目前仍依靠解剖学专家人为识别后，再用计算机图像勾边处理。这种依靠经验为主的识别方法，在准确度和科学性上难免存有缺陷。

　　而中国的虚拟人显得更加“有血有肉”，动脉和静脉区别分明，就连细小血管都清晰可见。如果在虚拟人身上做模拟手术，医生就可以清楚地分出动、静脉，知道哪根大血管不能破坏，对手术有重要指导意义。

　　尸体标本经过血管铸型处理后，放置在零下70摄氏度的冰库里储存以保证尸体的硬度，便于日后切削。

　　为了高质量完成虚拟人数据采集，科研人员选择了一个地下室作为数据切削采集的场地，屏除了影响切削精度的地面震动和杂乱的电子、电磁干扰，保护了图像信息的完整性。

　　然而，人们首先看到的却是女性虚拟人的抢先诞生。中国虚拟人Ⅰ号哪去了？难道是切削失败？首都医科大学教授罗述谦介绍，男虚拟人计划推后是从保证质量考虑的。负责开发海量储存系统(计算机系统)的单位说，目前，系统最多只能容纳切削精度为0.2毫米的虚拟人数据集，这与开始设想的把“男Ⅰ号”切削精度定为0.1毫米有距离。这意味着把男性标本切出来后无法装进电脑。而且在此之前，重庆第三军医大学已经切割了一个切面比较厚、但不够均匀的男性虚拟人，已经初步有了关于男性虚拟人的数据。女性虚拟人数据缺乏，即使在国外，也只有美国完成了一个女性虚拟人的数据库。所以，在综合考虑多方面因素后，研究小组改变了原来的计划，决定先切女的。中国虚拟人Ⅰ号尸体标本完好地保存在医院特制冷库内，切削工作已暂时停止。在此前，已对尸体标本的头、心脏和肾脏3个部分进行了切削，并构建了首批数据集。2003年底将完成“中国虚拟人男Ⅰ号”的数据采集。

　　——中国女虚拟人诞生

　　中国首个女虚拟人(“中国虚拟人Ⅱ号”)原型是一位身高1.56米的19岁少女，广西人去年在广东因误食毒蘑菇而急性死亡。专家们认为虽然她不是一个健康人，但由于是急性死亡，骨骼身体结构保持完好，加上年纪很轻，生殖器官功能完全，是一个条件很不错的标本。

　　2002年年底，研究小组决定对其进行切割。研究人员最终采用了两种刀具：“粗刀盘”去除尸体的包埋材料，“精刀盘”进行尸体横断面的切削。动刀时，直立的尸体从冰库顶部推出，冰库上方的刀具每旋一圈，就切出一个人体切片。但是大家不会看到八千多片的人体横断面标本，因为像纸一样薄的人体切片在刀子旋转时已经变无法辨认了。要获得这几千个人体切片的资料，必须每切一片，就对余下的尸体横断面拍照收集该横断面的资料。

　　中国虚拟人标本的切削，采用的是直立式。美国、韩国都采用躺卧式，造成了标本的头部、背部、臀部和腿部等被压成扁平失真状态。我国科学家克服直立式切割带来的不便，保证了人体建模接近正常人体形态。

　　2003年2月18日17时18分，中国首例女性虚拟人数据集在第一军医大学构建成功。标本原型在零下70摄氏度冷冻后横向切成8556片，每片厚度为0.2毫米。此时国人万分激动，中国首位女虚拟人诞生指日可待。媒体大肆渲染，称中国虚拟人提前面世，确切地说，虚拟人的数据集的建立还只是万里长征的开始，虚拟人的诞生还有赖于数据库的建立。拿到这一接力棒的是首都医科大学生物医学工程系教授罗述谦领导的研究小组。

　　2003年3月3日，研究小组向外界宣布，具有中国人生理特性的女虚拟人初步完成了三维重建。

　　罗教授领导的研究小组根据第一军医大学拍摄下的人体切片数字图片，将这些断层数据通过专门的三维软件进行信息化处理，在电脑中组建出三维人体图像。这项工作更能体现虚拟人研究的特点——生物学与信息技术的紧密结合。这里完全没有了前期工作的“刀光血影”，研究人员更像是三维图像的工作者，他们个个是医学专家，同时又精通信息技术。

　　在这些“多面手”的昼夜奋战下，女虚拟人已经恢复了皮肤、外观、骨骼、盆腔、卵巢的建构。罗教授介绍说，将来女虚拟人的肌肉、五脏六腑等主要器官都会逐渐恢复。预计在5月份，有关数据还将在互联网上公布。

　　中国的虚拟人计划在短短一年多的时间里完成了国外三四年走的历程。不过这些还远远不够，中国虚拟人计划还不能画上句号。虚拟人分为“虚拟可视人”、“虚拟物理人”和“虚拟生物人”三个阶段。目前，中国仅仅是踏出了“虚拟可视人”的第一步——通过完成数据集建立，在电脑里构建出一个三维立体的彩色虚拟人体。

　　与国外相比，中国虚拟人的整体水平并不占优，只是个别技术达到了世界先进水平。虚拟人的神经系统还没有建立，光学照相技术还有待提高。美国男虚拟人的内脏系统初具规模，应用价值很高，在这方面中国还要奋力追赶。

　　对于媒体极力宣扬的人体切片厚度，罗教授提出了自己的看法。切片并不是越薄越好，中国虚拟人切片厚度已达到了0.1毫米，而美国男虚拟人切片厚度是1.0毫米，女虚拟人才0.33毫米，这并不代表美国没有能力切削得更薄。虚拟人的切削和数据集建立应与实际应用紧密联系在一起，充分考虑其实际作用。如果出于整体构建虚拟人的考虑，切到0.1-0.2毫米已经足够了，因为没有一个应用单位需要一个完整的切削精度高于0.1毫米的虚拟人。1998年美国将一具女尸只切成5000多片，每片厚0.33毫米，按这种精度，在电脑储存的数据就已高达43GB。这么庞大的数据储存量不是一个单位能轻易承受的。如果每片厚度少于0.1毫米，数据储存量就会更大。如果做出来的虚拟人连一台普通电脑都看不到、用不了，那又有多大的现实意义呢？

　　据了解，中国女虚拟人总数据量已经达到了149.7GB，相当于750亿汉字的存储量。罗教授的研究小组所用的计算机达到了双CPU，两千兆内存的超高配置。

　　切片数据的质量除了厚度，还要看图像的清晰度，第一军医大学所用的是600万像素的数码相机，切片厚度达到0.1毫米以下时，对数码相机的要求也会相应提升，至少需要2400万像素。这样的相机造价很高，对于经费不是太宽裕的课题组来说过于昂贵。

　　——专家呼吁：虚拟人体不是“刨羊肉片＋数码相机”

　　翻开当前的报纸，关于虚拟人体的报道铺天盖地，建构虚拟人体的热情也在高涨。罗述谦教授用学者特有的冷静和责任感，给当前胡乱上马的虚拟人体建构计划一些提醒。虚拟人体的研究是高难度的交叉学科，涉及到解剖学，精加工，光学，信息科学等一系列学科，人体又是一个复杂整体，由1000多万亿细胞组成，仅人体的神经系统就约有1000亿个神经元，没有很好的技术积累无法完成高质量的虚拟人体。搞虚拟人体不是“刨羊肉片＋数码相机”。

　　中国虽然人口众多，但是有一男一女高质量的两个虚拟人就可以满足各种研究了。人们还记忆犹新的纳米热，虚火过后，才发现做了很多无用功，劳民又伤财。

　　——什么是虚拟人

　　虚拟人并不是真人，而是在电脑里合成的三维人体详细结构。科学家所做的工作就是先要选取一具尸体，将尸体冷冻，用精密切削刀将尸体横向切削成0.2毫米薄片，并利用数码相机和扫描仪对已切片的切面进行拍照、分析，之后将数据输入电脑，最后由电脑合成三维的立体人类生理结构。随后科学家将把数据、生物物理和其他模型以及高级计算法整合成一个研究环境，然后在这种环境中观察人体对外界刺激的反应。不过这位“虚拟人”没有感觉和思想，但他们的生物数据和人相同，主要将运用于临床医学，开展无法在自然人身上进行的一系列诊断与治疗研究。

　　——虚拟人的用处

　　一、医学参考：有利于培养优秀外科医生。以往要想成为一个手到病除、技艺高超的外科医生，都要通过师傅带徒弟式的反复实践，在病人身上练习操作技术，现在有了虚拟人，就可以在电脑操纵的虚拟人体模型上培训外科医生。在动手术之前，也可以先在虚拟人的身上开刀，电脑上会显示刀口断层及组织断面，为医生制订术前计划提供科学参考。

　　二、制药实验：有了虚拟人，医生和制药公司就可以先在与病人身体数据一模一样的虚拟人身上试验新药，医生可以先将药物影响数据输入电脑，让“虚拟病人”先试“吃”一下，电脑里的“虚拟病人”会显示服药后的生理反应，从而协助医生对症下药。这种方法可以提高用药准确性和研制新药及新药上市的效率。相关实验已经在美国开展。

　　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。(郝婧)