◇◇新语丝(www.xys.org)(xys.dxiong.com)(xys1.dyndns.org)(xys888.dyndns.org)◇◇ (载《环球》半月刊2002年18期) “虚拟人”的现实与梦想 ·方舟子· 医药科学建立在人体解剖生理学之上,而人体解剖生理学又建立在人体 解剖之上。可惜,中国古人抱着“身体发肤,受之父母,不敢毁伤,孝之始 也”的愚昧观念,能得全尸下葬成了每个人的理想,人体解剖因之被划成绝 对不可逾越的禁区。而中国古代医生也很少有人觉得还有解剖尸体实际观察 人体器官的必要,对他们来说,只要背熟古书再加上自己的经验也就够了。 因此中国的传统医术千百年来始终在迷信和经验之中徘徊,未能跨进科学的 门槛。直到18世纪末,才有一位叫王清任的医生认识到“著书不明脏腑,岂 不是痴人说梦?治病不明脏腑,何异于盲子夜行?”,通过观察暴露野外的 小孩尸体和死刑现场而了解人体解剖结构,纠正了一些古书的错误,例如认 识到思维器官是脑而不是心。但是这纯粹只是个人的行动,没有得到继承, 而且也来得太迟了。从世界范围来看,王清任对医学并无贡献。建立在人体 解剖之上的西方医学当时已经远远走在前头,并最终演变成了现代医学。 解剖尸体已成了每个医学院学生必上的一课。但是这种机会毕竟是很难 得的,学习人体解剖结构还需要借助插图、照片、标本和模型。不过,这些 辅助工具都无法十分逼真地模拟真实人体。我们现在能够设想得到的最好的 模拟方法,是用数字化技术建造出“虚拟人”。1989年,美国国家医学图书 馆开始了一项“建造一个包含着代表完整、正常的成年男性和女性的测量数 据的数字化影像图书馆”的伟大计划,称之为“可视化人体”计划,并在 1991年将这个研究项目交给科罗拉多大学负责。 要建造“虚拟人”,首先需要从一具真实的人体上采集数据。这必须是 一具刚刚死亡的尸体,死者年龄在21-60之间,没有明显的身体异常和疾病, 而且为了能够放进扫描仪器,身高不能高于6英尺(1.83米)。科罗拉多大 学研究组花了两年多时间才找到合适对象。1993年,德克萨斯州处死了一名 39岁、身高1.82米的男性杀人犯约瑟夫·保罗·杰尼甘(Joseph Paul Jernigan)。 这名前技工在1981年抢劫银行时杀死了一名75岁老人,经过多年上诉无效后, 终于被送进了死刑室,临死前决定将尸体捐献给科学研究。他实际上并非十 分健康,切除过右睾丸和阑尾,拔过一颗牙。 杰尼甘在被用药物注射法处死后,尸体立即被运到科罗拉多大学健康科 学中心。在那里研究人员分别用X射线计算机层面照相(CT)和磁共振成 像(MRI)技术对尸体进行扫描,然后将尸体冻结在明胶中,从头到脚一层 一层地开始切削,每次切去1毫米的厚度,然后对尸体横断面用照相机拍照, 共切了1871次,获得1871张分辨率为2048x1216的24比特彩色照片。这些彩色 照片以及CT、MRI照片组成了一个15 GB数据包,于1994年11月发行。一年以 后,发行了女性的数据。这些数据是从一位因为心力衰竭去世的59岁的马里 兰州女性尸体采集来的,切削厚度比上一次更薄,仅为0.33毫米,共获得了 5189张解剖照片,数据包大小也涨到40 GB。2000年8月,发行了高分辨率 (4096x2700)的男性解剖照片。将这些切面照片重叠起来,就可以分别组成 一男一女两个完整的立体“虚拟人”,而且可以从任意角度观察其身体的任 何内部结构。 2000年,韩国开始了“虚拟韩国人”研究的5年计划,获取世界第三例 “可视化人体”的数据。最近中国也宣布由解放军第一军医大学承担的国家 高技术研究发展计划863项目“中国数字化虚拟人”正式启动,预计明年将 完成“虚拟中国人Ⅰ号”的数据采集。后启动的项目可以充分利用新开发出 来的技术,因此在某些方面要胜过最初的“虚拟人”。“虚拟韩国人”的切 片厚度降到0.2毫米,而“虚拟中国人Ⅰ号”切片厚度更进一步降到0.1毫米, 切出16600个横断面。切片越薄,横断面越多,则精确度越高。“虚拟中国 人Ⅰ号”是一位28岁健康男性,比起美国和韩国(一位死于淋巴瘤的65岁老 人)的“虚拟人”,更能代表人体的最佳状态。所以,虽然美国“虚拟人” 的数据可以免费获得,重新采集一次更好的、更适合中国人群体的数据,也 还是值得的。采集数据的费用也不高,美国“虚拟人”的数据采集费用只有 140万美元,而到现在已有42个国家的1400多家机构在利用这些数据,是一 个非常合算的造福人类的投资。 “虚拟人”目前已获得了广泛的应用,包括用于医院的手术模拟、医学 院的教学、计算机“虚拟现实”技术的开发,甚至连好莱坞的电影制片厂的 特技设计也在用它。在将来“虚拟人”肯定还会有更广泛的用途。但是我们 也不要抱不切实际的梦想。国内媒体在报道中国启动“数字化虚拟人”项目时, 声称:“有了‘数字化虚拟人’,人们事先可准确虚拟复杂的外科手术、美 容手术;可根据‘数字化虚拟人’及其器官模型,研制和创造各种手术器械、 新型药物;可模拟各种交通工具对人体的意外伤害程度,研究和设计防护设 备;可模拟高温、高湿、高寒、高压等条件下人体的各种反应,以及相应的 防护设施、设备等。”有的甚至称“这意味着以后看病,病人不必再为误诊 担忧,因为将有‘虚拟人’先代替病人‘吃’药‘挨’刀。”其实这些都是 将来、甚至是非常遥远的将来才能实现的美好梦想。 在目前“虚拟人”事实上还处于采集数据、建立立体模型阶段。这样得 到的“虚拟人”基本上还只是一具死的标本。下一步的目标是让它活起来, 能够真实地模拟生理、病理、药理、毒理过程。要做到这一步,必须把医学 文献的文字记录转换成图像显示,但是目前并不存在这样的转换标准,还需 要做大量的基础研究。只有将生理功能的文字数据和解剖结构的图像数据有 效地联结起来,让“虚拟人”活起来,我们才能开始逐步实现上面的梦想。 “虚拟人”在现在最重要的应用还是在医学教学方面。虽然“虚拟人” 还是死的,但与解剖尸体相比,解剖“虚拟人”有许多优势,它可以通过互 联网络随时进行,不必进解剖室,没有从尸体感染传染病的危险,而且可以 从各种角度将它反复解剖无数次。现在也已可以用“虚拟人”模拟一些简单 的生理反应。早在1998年,第一种利用“虚拟人”设计的医疗训练仪器就已 问世,这是专门训练静脉穿透术的,护士可以通过观察计算机屏幕上“虚拟 人”的反应,反复对着模型练习而掌握这门困难的技术,无需拿病人当实验 品。互联网上还有不少根据“虚拟人”数据建造的人体博物馆,广大读者不 必面对尸体也可以一窥人体的奥秘,这可算是“虚拟人”的一大贡献。 2002.9.7. ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys.dxiong.com)(xys1.dyndns.org)(xys888.dyndns.org)◇◇