是构建数字人的基础平台,是数字人研究的初级阶段,是人体形态结构数字化的载体和对真实人体形态结构的虚拟再现,并可在计算机上进行任意方位和角度的观察与测量,借助虚拟现实技术可将人体的形态结构与空间毗邻关系真实再现出来。数字化可视人是数字化物理人和数字化生理人的基础数据,并利用数字化人体模型进行虚拟仿真解剖,以及人体物理、生理、病理等特性的精确模拟计算。数字化可视人构成人体形态学信息研究的实验平台,为医学、生命科学等的研究和应用提供基础与技术支撑。其主要体现人体结构的形态特征及其毗邻关系,是构成数字解剖学的基本要素,可广泛应用于数字解剖学教学、人体科普知识系统的研发。
数字化可视人的基本要素是形态学数据,这些数据包含人体组织器官形态结构的空间参数、精确坐标体系等信息。数字化可视人的数据来源有断层解剖(特别是冰冻铣切断层)、影像学资料[计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层成像(PET)等]、域扫描(激光扫描、逆向工程等)、有限元分析或数值模拟,以及数学建模等方法获得的数据。①断层解剖数据。是通过冰冻铣切、组织切片的方法获取包括细胞、组织、器官、完整人体的连续断层图像,其分辨率高、层距小、可见光色彩自然,较完整地体现了不同组织结构的纹理、密度、质地、颜色、形状等解剖信息,是建立数字化可视化人的主要数据来源。②影像学数据。主要来自CT、MRI、PET等提供的断层扫描图像,分别以不同的媒介作用于人体,并进行断层扫描、计算机辅助识别获得的断层图像,不同媒介分别反映的是组织密度、信号强度、能量场的不同信息,间接反映该断面的形态、分子或代谢变化。随着CT、MRI扫描设备技术的提高,特别是多排螺旋CT和7.0特斯拉磁共振成像(MRI)设备的出现,极大地提高了影像数据质量和运算速度,可广泛、快速、重复应用于活体检查和三维重建。③域扫描数据。主要用于解剖结构外表轮廓的形态参数;数学建模可生成有规律的,能用数学公式表示的形态结构,如在断层上难以识别的神经、小血管等。④有限元分析或数值模拟。得到的数据是一些间接的数据参数,可补充和纠正数字模型的参数。
经解剖断层或影像学断层、图像采集得到连续的数字断层图像,断层图像经预处理、配准、分割等步骤生成立体的三维数字人体模型。根据模型生成时采用的方法和用途的不同,将三维数字人体模型分为体素模型和几何模型两种。采用体绘制技术生成的模型称为体素模型,该模型为实体模型,模型中每一个空间坐标位置均含有实体信息,可包含分割信息,也可不含分割信息,常用于虚拟断层解剖的教学与研究。面绘制技术生成的模型称为几何模型。几何模型重点描述分割类结构的空间外形轮廓,其内腔可以不含任何数据信息,是虚拟仿真解剖的基础。
数字化可视人的三维模型通过适当的组合、透明化、旋转、缩放等组合显示方式可直接作为人体解剖学标本,并进行解剖学知识的学习,特别是与解剖学知识相结合的数字解剖学教学更能体现其优势。这种数字解剖学教学模式较常规的解剖学教学模式来说具有许多优势:可实时、动态、全方位观察解剖结构的三维形态及其空间毗邻关系;三维数字模型相对于解剖图谱具有真实、完整、三维立体的特点;可实现任意解剖结构的虚拟解剖(显示、隐藏、旋转、缩放、剖切等操作),可实现多层次、多结构的组合显示,充分体现解剖结构的三维空间毗邻关系;具有立体感、沉浸感,可近似实物标本的观察;可无损、无限次使用,节约标本,降低教学成本;不受时间和地点的限制;具有较强的新颖性和趣味性,可自主学习。