中国数字人男1号

中国数字人男1号是南方医科大学从20位自愿捐献者中筛选出来的“标准中国人”。“数字人”，是在电脑里合成的三维人体详细结构。尸体标本为一名28岁的汉族健康男性。有了尸体标本后 ，科学家所做的工作就是用精密切削刀将尸体横向切削成薄片。每切下一片，就用高效数码相机和扫描仪拍照，然后转化成数据，输入电脑，最后由电脑合成三维的立体人类生理结构。“中国数字人男1号” 高效数码相机像素达2200万，图像分辨率为4040×5880，是世界上0.2毫米虚拟人切削中分辨率最高的数据集。此外，按60兆一帧释放，该数据集的数据量超过540千兆，为世界之最。“中国数字人男1号” 的研究，在医学、航天、航空、军事等领域都有着重要的意义。

中国数字人男1号 - 概念解读

所谓“数字人”，实际上是在电脑里合成的三维人体详细结构。他们没有感觉和思想，但数据来自真实的人体。“数字人”既不是真人，也不是机器人。它是利用现代信息技术实现人体从分子到细胞、组织、器官和整体层次的精确模拟，从而构建人体的组织形态、物理功能和生物功能的信息系统。“数字人”的生物数据和人相同，能模仿真人做出各种各样的反应。若设置有声音和力反馈的装置，还可以提供视、听、触等直观而又自然的实时感。

“中国数字人男1号”原型是切出来的

“亚毫米级磨削”是“数字人”成型的第一个步骤。通俗地说，就是把尸体冷冻后，从头到脚，横切成比0.2毫米还要薄的薄片，从头到脚大概切成了8952片之多。 “中国数字人男1号”在切片精度、切片数量和数据量上比美国数字人体数据集和韩国数字人体数据集更为先进。“中国数字人男1号”的原始图像像素高达4040×5880，是世界上分辨率最高的人体切削图片。

海量图片拼成“中国数字人男1号”

在海量的原始切面照片的基础上，刘谦博士带领24名科研人员通过“百日大战”，处理图片近20万张，完成了数字人海量数据集的构建与管理工作，建立了第一套高分辨率人体生理系统三维解剖结构数据集，是世界上获取体素最小的数字人体三维数据结构。

中国是继美国、韩国之后第三个拥有“数字人”(即“数字化虚拟人”，也叫“可视人”、“虚拟人”)数据库的国家，而“中国数字人男1号”的切片精度、数量和数据量最为先进。

“数字人”将主要运用于临床医学，开展无法在自然人身上进行的一系列诊断与治疗研究。也就是说，有了“数字人”，许多手术都可以在电脑里模拟完成。

中国数字人男1号 - 发展历程

专家认为，“数字人”的发展分4个阶段：“数字可视人”、“数字物理人”、“数字生理人”和“数字智能人”，至21世纪初，还处于第一、第二阶段。

5年后，负责项目实施的美国科罗拉多大学宣布，他们获得了一男一女两组光学照片数据，以及CT和核磁共振断层扫描图像。

尽管科学界对“中国数字人男1号”技术予以很高的评价，但实际上当时“中国数字人男1号”在医学及相关领域的应用是有限的。1996年，美国橡树岭国家实验室牵头酝酿“虚拟人创新计划”，他们设想，将“人类基因组计划”和“可视人计划”的研究结果结合起来，完成人体的物理建模，能够模拟人体器官组织和整体在外界物理刺激下的反应，专家称之为“虚拟物理人”，他不同于“可视人”，他会像真人一样对外界有反应：骨头会断，血管会出血。比如说，在做汽车碰撞试验时，“虚拟人”可以提供人体意外创伤的数据，帮助改进汽车的安全防护体系。

随后美国科学家联盟又提出包括“可视人”、“虚拟人”等全部内容的“数字人”计划。它的目标是实现人体从分子到细胞、组织、器官系统和整体的精确模拟，被认为是有史以来最雄心勃勃的研究计划。

从美国的两个计划可以明确，“虚拟人创新计划”设想的是构建能对外界有反应的“物理人”，而“可视人”对应的是被数字化了的“解剖人”。

2006年中国完成的中国数字人男1号与当年科罗拉多大学所完成的工作差不多，所以称之为“可视人”更科学。  

中国数字人男1号 - 技术优势

美国早在20世纪末就开始建立了人体切片数据集，但他们所做的属于躺着的虚拟人的切片，且美国、韩国的数字人只能看到骨骼和肌肉，分不清动脉和静脉血管，与之不同的是，中国所做的“中国数字人男1号”切片属于站立状态，且首次将血管铸型技术应用于“数字人数据集”，能清晰见到血管。

早在2003年2月，原第一军医大学完成的国内首例中国数字人就把血管铸型技术应用进去，使中国的“中国数字人”显得“有血有肉”。中国的人体血管铸型技术比较好，把它与计算机结合起来，可能在研究上具有较大优势。把血管分隔出来的意义则在于，如果在“中国数字人男1号”身上做模拟手术，医生就可以清楚地分出动、静脉血管，知道哪根大血管不能破坏，对手术具有重要指导意义。

中国“中国数字人男1号”技术研究具有非凡意义。西方人体模型存在明显人种差异，不能替代中华民族的体质特征，美国人和韩国人建立的数字化虚拟人体模型不能反映中国人的体质特点，缺少血管和神经系统模型，加工精度和完整性存在诸多问题。

中国数字人男1号 - 研究“瓶颈”

不少有信息技术含量的新技术，尚有一定局限性。例如“机器人手术”，但是最后还得要医生动手。又如“远程手术”，在很多人看来是“得不偿失”，还不如医生直接坐飞机过来。另外还有影像导航技术、立体定体手术等，都有一定局限。所以，开展研究重要的是善于与其它技术协调、结合和互补。

研究碰到哪些困难？有没有解决的办法呢？困难还很多，在第一阶段的“可视人”，就还有很多看得到的却还做不出来。如周围神经和淋巴系统，不易分割，因为在尸体的切面上，它们跟周围组织的颜色差不多，所以电脑专家还没有办法。第二个难处是数据量太大，不好推广应用。

所以需要探索一些新的办法，如用多光谱显示周围神经。也有电脑专家尽可能进行少损伤的数据压缩，使科学研究成果被普通老百姓运用，“飞入寻常百姓家”。  

中国数字人男1号 - 标本采样

数字人是怎么诞生的呢？南方医科大学的科研人员在多具自愿捐献的尸体中，挑出了健康的尸体作为切片标本，根据得到标本的先后顺序命名为“中国数字人男1号”、“中国数字人男2号”等。有了尸体标本后，科学家所做的工作就是用精密切削刀将尸体横向切削成薄片，每切下一片，就用高效数码相机和扫描仪拍照，然后转化成数据，输入电脑，最后由电脑合成三维的立体人类生理结构。2003年初，被称为“中国数字人女1号”的中国首例女性数字人数据集在南方医科大学构建成功，标志着继美国、韩国后，中国成为世界上第三个拥有本国数字人数据库的国家。

中国数字人男1号 - 研究意义

从长远看，中国数字人男1号在医疗卫生领域的应用非常明确。打个比方，有了中国数字人男1号，“他”就能代替人类试服新药、接受手术。因为数字人可以将人的所有人体信息收集储存在电脑里，医生在开处方前，将药物的影响数据输入电脑，数字人就会显示服药后的反应，这样就能协助医生对症下药，为疾病诊断、新药和新医疗手段的开发提供参考。在数字人身上“开刀”，还解决了医学教学中解剖标本有限的难题。

中国数字人男1号还可以模拟肿瘤生长和治愈过程，并进行手术三维模拟、血流动力学模拟、药代动力学模拟等。比如说，在肿瘤患者做完CT与核磁共振扫描检查后，电脑将影像模拟组建这位患者的数字化虚拟人体。模拟完成后，医生戴上三维立体眼镜，手持虚拟手术刀，对患者的数字化虚拟人体实施仿真模拟手术，检验手术效果。

数字人技术能应用在高危活动中减少科研人员伤亡。如汽车制造，可先在数字人身上进行碰撞实验，将各种数据输入电脑中，得出怎样的汽车才能对人体形成最大的保护，再投入生产。相信有了数字人技术支持的汽车生产业，出厂前的碰撞次数可以大大减少，从而达到降低成本的目的。有了数字人技术，汽车制造能从出厂前的真实碰撞80架次，减低到3架次。

如果将人体功能性信息附加到这个人体形态框架上，经过生理功能模拟和虚拟现实技术的交叉融合，中国数字人男1号将能模仿真人在电脑中做出各种各样的反应。数字人包括数字化可视人、数字化物理人和数字化生理人三个阶段。在三个阶段研究完成后，数字人将能够模拟人体的新陈代谢、生长发育、病理生理变化等。

除此之外，中国数字人男1号还可以替代人进行核试验、撞车实验等高危活动，在航空航天、国防、汽车、体育运动等方面具有广泛的应用前景。

 中国数字人男1号的生物数据和人类一模一样，这样一来，中国数字人男1号在医学、航天、航空、影视制作乃至军事等领域都有着广泛的应用价值。例说，比如人类在进行汽车制造时，可先在数字人身上进行汽车碰撞实验，将各种影响数据输入电脑，得出怎样的汽车能对人体有最大保护才下线投产。

数字人数据集的研发已率先向应用方向发展。中国已有近150个科研单位合作对数据集进行开发研究，领域涉及医学、艺术、航天、汽车工业等与人相关的行业。数字人产业化也提上了议程。

中国数字人男1号 - 相关科学释疑

中国数字人男1号并非切得越薄越好，片层精度的厚或薄是取决于实际应用的要求

“中国数字人男1号”0.2毫米的切削间距，与世界公布的各种数据相比，具有明显优势。切削精度应是按需切削，切削和数据集的建立应与实际应用紧密联系在一起，充分考虑其实际作用。例如，局部器官数据集，如骨头、脏器等提供给应用单位，切削精度为0.2毫米就足够了，没有必要追求更薄；但如果应用单位做的是内耳膜手术，则要求更为精细的切削片面距。

另一方面，以0.2毫米的切片距进行切削，数据量已达540多千兆，对计算机存储负担来说，已经很大，如果再细一点，数据量就会更大，很多研究单位的电脑都运转不了这么庞大的数据集。

中国有多少个虚拟人数据集？ 

而两年后，2003年香山科学会议有了明确的答案。这一次研讨会的主题是“中国数字化虚拟人体研究的发展与应用”。与两年前的情况大小相同，参与这一次会议的专家们，带着亲自研究的资料和发展应用的目标来参加讨论，有备而来，研讨场面空前热烈。两年来，中国取得了令人瞩目的成绩，从无到有，从模仿到创新，从继承到发展，从理论探讨到开发应用。

 虽然起步慢，但是，中国数字人研究也取得有创新和有特色的成果。被称为“中国数字人男1号”的中国首例虚拟人数据集在第一军医大学构建成功。至2008年，上海、重庆、广州共有6个虚拟人数据集。

10个数字人数据集够不够？

人体切片数据集的构建要特别重视质量而非数量，要为应用单位提供优质框架

至2006年，中国共有10个整体数字人数据集，其中4例在南方医大，标本来源分别为两名男性、1名女性和1名婴儿，育龄女性数据集和女婴数据集均是世界首套数据集。这10个数字人数据集分别具有年龄、地区、性别特征。由于每个整体数字人的标本采集、数据建库投入都很大，“究竟有没有必要再建整体数字人数据集，这会不会只是一项重复劳动”是许多人心中的疑问。

数字人数据集有民族性、地区性，构建成功的整体数字中国人数据集可基本满足中国、日本、韩国等人种近似的国家对数字人数据集的需求。但整体数字人的数据集究竟是否足够，还是要从实际应用出发。人体切片数据集的构建要特别重视质量而非数量，要为应用单位提供优质框架。但随着社会分工的细化，大部分应用单位都对局部

因此，不仅要有不同特色整个人体的数据集，更需要有针对性，可供各种医学专科开发应用的局部数据集；不仅要有大体解剖学的数据集，还要与时俱进构建组织学、细胞学的数据集。南方医大完成了13个数字人局部数据集，作为数字人研究的主要发展方向。 

“中国数字人男1号”能否超越“万物之灵”？

 虚拟的“中国数字人男1号”能不能超过被称为“万物之灵”的人？应该取长补短。

已经研究了一百几十年历史的机器人，若比试智力只有幼儿水平，“他们”赛足球时，一出场还是呆头呆脑的，连少儿队就能赢“他们”。但是机器人运用得当，可以24小时开工、不会疲劳，加工精确，在工业上起作用，还可以拆除爆炸物。 ^[1]