生物医学工程学杂志

虚拟人的诞生,无伤医学试验的活靶子,传统医

 
虚拟人并不是人,而只是存储在计算机里的一堆数字,它们既不是无序的,也不是任意选取的,而是从真人的组织、器官、系统的结构中提取出来的,因而与人密切相关。这是一个庞大的数据库,它们是真人的数字表征,利用它们可复现出原来真人的三维模型,能得到真人的外貌,还能显示出人体的组织以及如心脏、肺、肝、肾等器官的性能特征,更能显示新陈代谢的功能,因而由这群数字所组合的“虚拟人”,也具备了人的某些“生命特征”。
在过去,做人体医学或生理学研究时,常用动物做实验,获得安全效用后,再用真人受试。现在有了“虚拟人”,它可以成为医学研究的直接受试者。例如,研究人的生命与水的关系,水对人体各器官的作用,一天饮多少水为宜?维持生命可以多长时间
饮水?饮什么样的水会有什么样的反应等,就可以用虚拟人充当受试者。人们尽可以大胆地用虚拟人进行实验,免除真人受试的痛苦与风险,能马上得出水在人体各部分的反应情况,还可以存储在计算机里,随时把情况调取出来加以研究。如果虚拟人最终在实验中因缺水“渴”死了,可以从数字中找出最终“渴”死的原因是什么,各脏器的最终结果如何。当然,虚拟人死了也没有关系,计算机还可以让它再度活过来,随时待命接受其他实验。
美国科研人员曾经试验一种糖尿病新药的疗效。他们先操控计算机使“虚拟人”患上糖尿病。让虚拟人患病很容易,只需轻按鼠标点击一下,它的胰脏就被切除了,顷刻间,一个健康的“虚拟人”就变成了糖尿病患者,各种糖尿病的症状接踵而至。测试人员给它“试吃”糖尿病新药,注意,所“吃”的新药也是“虚拟的”,它只是根据新药成分提取出数字编写出来的一个文件而已。利用药品的虚拟文件,可以调节药量、摄入时间和次数,以观察疗效、病人的反应,从而找出适当的用药剂量和用药方法,得出相关结论。
这种方法为新药的研制节省了大量的时间,既可以免除各种风险,还可以反复测试。虚拟人
的用途远不止这些,在军事研究上,可以让虚拟人受试核武器、化学武器的杀伤力,研究各种杀伤力所造成的伤害是如何出现的,又该如何预防和救治等。
虚拟人的研究始于
1989年,美国最先提出“可视虚拟人”概念,并于1993年8月5日制作成功第一例“虚拟人”,它来自于死于毒品过量注射的38岁得克萨斯州的男性尸体。1998年,又通过解剖一具女尸,在电脑里储存了56GB的数据,从而形成了数字化的女性“虚拟人”。现在正在研究第二代有物理功能的“虚拟人”和第三代有生理功能的“虚拟人”。
2003年2月18日,我国第一例女性“虚拟人”在第一军医大学采集成功,成为继美国、韩国之后世界上第三个拥有本国虚拟人数据库的国家。世界上一些国家对虚拟人进行图像分隔时,只能看到骨骼、肌肉和脏器,无法分辨动脉和静脉的血管,而我国在研制虚拟人时,先
给尸体灌注明胶、朱砂和淀粉,使动脉呈现鲜红色,静脉呈现绛红色,不仅血管显示清楚,还把动静脉也区分开来,心脏的冠状动脉可以显示到3级血管,肾可以显示到4级血管,头部还能显示出微血管。在提取人体数字时,我国又采用了直立切削,与其他国家的卧式切削相比,不致因重力压迫而变形。
这样提取的数字使电脑更容易“识别”动脉和静脉以及血管和脏器的关系,还能使数字更符合人体形态的原始情况。
虚拟人技术还可以用在对脑神经的研究上,美国约翰霍普金斯大学巴尔的摩纳米生物技术研究所率先开展了这方面的研究。该所的生物医学工程学助理教授安德烈·列夫肯克(
AndreLevchenko
)研究组,为了认识神经信号传播的机制,利用虚拟人观察几十亿脑神经对各种不同信号的反应情况,从中认识脑组织各部分的功能,解释不同类型神经细胞间的复杂相互作用。他们特别研究了人脑卒中的情况,观察人卒中之后,一部分脑组织失去功能,随即脑神经细胞的反应情况。这种研究方式的优点是,可以看到卒中发生时的情况,还可以把卒中过程倒返回去加以研究