中国数字人数据库的构建与数据资源共享

中国数字人数据库的构建与数据资源共享 The esta bl ishment and data share of Chinese digital human data ba se 3S O N G Y ue2t ao , Y I N L i n g ( )N e u roi n f orm at ics Cente r , Chi nese PL A Gene ral H os p i t al , B ei j i n g 100853 , Chi na [ Abstract] The nece ssit y and ur gency of e stabli shing Chine se digital huma n data ba se were indicated acco r ding to re searched act ualit y of Chine se digital huma n. The collectivit y co nst r uct and building met ho d of t he databa se wa s bro ught fo rwa r d w hich will affo r d t heo r y ba si s and st udying t ho ught fo r science data share of Chinese digital huma n. [ Key words] Digit al human ; Databa se ; Data sha re 中国数字人数据库的构建与数据资源共享 3 宋岳涛 ,尹 岭 ()中国人民解放军总医院神经信息中心 ,北京 100853 [ 摘 要 ] 本文从分析我国数字人研究现状入手 ,指出了构建中国数字人数据库的必要性和紧迫性 ,并提出中国数字人数 据库的总体构架及具体的建库方法 ,为实现我国数字人科学数据资源共享提供了理论基础和研究思路 。 [ 关键词 ] 数字人体 ; 数据库 ; 资源共享 () A 23289 20060921306204 1003[ 中图分类号 ] T P391 . 9 [ 文献标识码 ] [ 文章编号 ] ,对启动我国数字人的研究工作具有重大的意 集的构建 1 目前中国数字人的研究概况 随着计算机技术的应用和发展 ,医药学研究将从传统的 因为中国数字人的研究应该在基于中国人体质特征的前 进行 。 依赖于动物和人体的实验转向利用现代信息技术进行计算机 模拟 。2001 年美国科学家联盟提出数字人 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ,其目标是实1 . 2 多领域的研究人员参与数字人的科研 参与数字人 究的科研人员涉及多个领域 ,如除专门从事人体解剖学研 现人体从基因到分子 、细胞 、组织 、器官 、系统和整体的精确模 [ 5 ] 拟 ,该计划被认为是 21 世纪医学 、生命科学的新的制高点 。 的这支主 力 军 外 , 还 有 大 量 的 计 算 机 专 家、临 床 医 学[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 国际上许多国家相继开展了数字人的研究开发计划 ,并取得 家、神经信息学和遥感技术研究人员以及工程技术[ 1 ] [ 9 ] 了不少研究成果 ,如美国和韩国等。中国数字人的研究在 员等 。参与研究的这些人员中已有很多人做了大量卓有 () 近几年来有突飞猛进的发展 ,在人体断层数据集的采集方面 效的工作 ,如南方医科大学的钟士镇 院士、第三军医大学 [ 2 ,3 ] 已有 7 套整体数据集,还有多套局部断层数据集 ; 在研究 张绍祥教授 、厦门大学的王博亮教授 、首都医科大学的罗述 方法上也有较大的创新和改进 ,成绩斐然 ,硕果累累 。但也存教授等 。 在许多问题 ,如重复投资 、重复建设和重复研究等 。国家必须 1 . 3 存在的问题 目前我国数字人研究主要存在以下几 高度重视 ,尽早建立数字人研究的政策法规 ,引导数字人研究 问题 : ?没有数字人研究的统一标准 :目前获取的人体断层 沿着正确的轨道向前发展 。据集没有统一的制作标准 ,难以实现多方的需求 。 ?缺乏 ( 1 . 1 构建了多套人体断层数据集 南方医科大学 原第一军 观调控 ,重复购置切削加工机床设备 :国家对各高等院所缺 [ 4 ] ) 医大学、第三军医大学、上海中医药大学 、山东大学医学院 整体的宏观调控 ,出现切削加工机床设备的重复购置 ,院校 和大连医科大学等都已建立了人体断层数据集 ,到目前为止缺乏必要的沟通与协作 ,各自为阵 ,从而造成许多重复性的 已有 7 套整体数据集和多套局部断层数据集在期刊上进行了 体断层的切削加工 ,在人力和财力上造成较大的浪费 。 报道 。遴选的尸体男 、女基本各半 ,多在 40 岁以下 ,切片间距 以实现数字人科学数据资源共享 : 由于国家缺乏必要的政 0 . 1,1 . 7 mm ,扫描分辨率在 745 ×516,5880 ×4040 像素之 法规 ,申请到课题的各科研院所对采集到的人体断层数据 间 ,存储数据达 1 . 2,540 GB ,有的可能更高 。人体断层数据 和科研成果都视为自己单位所有 ,很难实现真正意义上的 源共享 。 ?数字人的开发利用研究较少 : 对于数字人的研 ( ) [ 作者简介 ] 宋岳涛 1967 - , 男 , 山西 静乐人 , 博 士 , 副教 授 。研究 方 多数为基础性的理论研究 ,应用性研究较少 ;单学科的研究 向 :数字人脑血管病模型的建立 。E2mail : syt 521800 @so hu . co m多 ,横向性的多学科综合性研究较少 。数字人研究的最终 [ 通讯作者 ] 尹岭 ,中国人民解放军总医院神经信息中心 ,100853 。的是为了进一步揭示人体的奥秘 ,使人类能够从更深的层 E2mail : yi nli ng_301 @126 . co m 和更广的角度上去认识自身 ,并为自身的健康服务 ,所以数 [ 收稿日期 ] 2005209218 [ 修回日期 ] 2006204211 人的研究必须走基础研究和应用开发并进的发展道路 。 1 正常人体断层影像数据集元数据信息 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 2 中国数字人研究的方向元数据元素 具体信息 男或女的少年 、青年 、壮年 、老年断层影像数据 2 . 1 尽快制定中国数字人统一的研究和开发标准 在人体 数据集名称 ( ) 集 共 8 种断层数据集的建立上应该确定统一的切削断面标准和图像数 姓名 、性别 、年龄 、民族 、籍贯 、身高 、体重等 采集志愿者信息 据的采集标准 。只有统一的标准 ,才有利于后期数据的加工 、 图像的单位 、科室 、时间 、采集人的姓名和 图像采集信息 职称等 配准和共同的研发 。 设备名称 、型号 、规格 、产地 、购置日期 、像素值 2 . 2 加强宏观调控 , 充分发挥各地的资源优势 , 努力实现优 等 采集图像设备信息 势互补 对于人体断层的切削加工设备不必每个搞数字人研 图像类型 、存贮格式 、颜色 、图像大小 、分辨率等 图像质量信息 图像处理人员的姓名 、单位与职称 ,图像处理所 究的单位都购置一套 ,各单位间可以进行横向合作 ,需要进行 使用的软件工具 ,网上发布的图片质量信息等 ;单独采集的数据可以采用委托加工方式 ,这样能大大地节省 图像处理信息 图片名称 、断面类型 、主要显示的结构等 ; 人力和财力 。 C T 图像 、M R I 图像 横断面 、矢状面 、冠状图像结构信息 面 2 . 3 统筹 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 ,尽早实现数字人的科学数据资源共享 国家 图像类型 单位或个人科技部等科研机构的主管部门应制定相应的方针政策 ,让那 断面类型 版权归属些申请到课题的单位在结题时要进行数据的汇交 ,汇交的数 据资源实行网上发布 ,真正实现数字人的资源共享 。 2 . 4 加强数字人的应用性研究 科研的目的是为了解决实3 . 2 建立人体断层数据集 人体的结构和功能极其复杂 ,要 际问题 ,所以我们一定要加强数字人的应用性研究 。数字人 想在计算机上实现对人体的精确模拟首先需要建立基本的人 的研究在教学 、医疗 、国防 、汽车 、家具 、服装 、影视 、航空航天 、 体解剖模型 ,它是人体结构的符号模型 ,这种符号模型的建立 工业设计 、广告制作 、竞技运动等领域都有广泛的应用 ,前景是数字化建模的前提 ,而这种模型的建立必须是在采集人体 广阔 ,任重而道远 。 断层数据的基础上进行的 。因此建立高质量 、高精度的人体 断层数据集是数字人研究中最基本 、最费力和最有意义的工 2 . 5 加强科研协作 ,进行多学科的联合攻关 人体结构是世 作 。现有的人体断层数据集由于没有统一的采集标准 ,且掌 界上最复杂的 、最精细的结构 ,不是任何一门学科能够单独研 管在少数研究者手中 ,能够看到原图像数据的人只是极少数 , 究清楚的 ,因此数字人的研究必须多学科交叉 、联合攻关 ,只不便于广泛开展数字人的研究工作 ,因此我中心计划在统一 有这样才会有较大的科研突破 。目前我国在七套人体断层数 ( 人体断层数据采集标准的基础上 ,收集八具标本 即尸体 ,少 据采集完成的基础上 ,已有数字医学 、计算医学 、生物医学工 ) ( ) 年 、青年 、壮年 、老年男女各一具横断层数据 片厚 0 . 1 mm 程学 、医学图形图像学 、计算机学 、虚拟现实技术学 、可视化与的数据 ,然后在网上公开发布 ,实现真正意义上的人体断层数 据资源共享 。该数据集的元数据信息见表 2 。 图像学等科研单位 ,相继加入到数字人的研究工作行列 。今 后数字人的研究还应与信息学 、机械工程学 、遥感学 、光电学 割得越精细 ,采集到的信息就越多 ,重建后的人体才越接近于 元数据元素 具体信息 以人体系统或器官进行命名 ,如三维数字化 真实的人体 ,才越有利于后续的科研工作 。因此 ,我们应把主 数据集名称 脑数据集等 要的精力放在应用 Pho to shop 软件或其他软件对人体断层数 所采用经精细分割后断层数据集的名称及获 据集的精细分割和数据的采集上 。经精细分割后建立的人体 数据集来源信息 方式 断层数据集可以称之为人体断层图像分割后的数据集 ,有了( 姓名 、所在单位 、职称 、联系方式 电话 、手机 三维重建者信息 )箱 、网页 这样的数据集一般使用者就可以利用这些数据从事科研活 Photo shop 或其它 使用软件信息 动 ,这将会大大缩短研究周期 ,也会给国家或研究单位节省一 图像文件格式 ,图像的大小 、颜色 ,图像管理 重建图像质量信息 大笔开支 。我们计划组织国内从事数字人研究的科研工作者 应用可视人采集技术 , 采集人体完整的结构信息 , 构建精细 重建图像名称 、所属解剖部位 、主要显示的器 重建图像结构信息 或结构等 。 的 、具有代表少 、青 、壮 、老年男女特点的数字化人体 ,建立完 单位或个人 版权归属 整的人体断层图像分割后的数据集 ,以实现人体 结构图 人力资源部组织结构图钢结构图纸会审六年级数学知识结构图单元知识结构图社区居委组织结构图 像自 动分割 ,为人体医学图像的处理和分析提供“金标准”。该数 据集的元数据信息见表 3 。再现人体的感觉功能 ,数字人经络系统与信息网络模型可 现人体的经络现象 ,数字人体的遗传模型可再现人体的先 畸形与遗传性疾病 ,数字人脑可控容错域的自联想记忆模 表 3 经精细分割后的人体断层数据集元数据信息 可再现人体的记忆功能 ,各种数字人的疾病模型可再现人 元数据元素 具体信息 的各种疾病 。如果各种模型能够真正地反映人体的各种 男或女的少年 、青年 、壮年 、老年经精细分割后 数据集名称 能 ,那么把这些在功能上相关的模型合理地组合起来就可 ( ) 断层数据集 共 8 种所采用断层数据集的名称及获取方式 姓名 、所立数字物理人 、数字生物人或数字智能人 。建立数字化信 数据集来源信息 ( 在单位 、职称 、联系方式 电话 、手机 、邮 化的人体数据集可能还需要一段漫长的时间 ,需要多学科 图像分割者信息 ) 箱 、网页研人员的共同协作 ,尽管难度很大 ,但前途光明 ,相信人类 Pho to shop 或其它 使用软件信息 创造各种人间奇迹 ,但愿这种奇迹是由我们中国的数字人 图像文件格式 ,图像的大小 、颜色 ,图像管理 分割图像质量信息 图片名称 、所属解剖部位 、主要显示的结构等 究工作者来创造 。该数据集的元数据信息见表 5 。 分割图像结构信息 ( ) 鼠标 、绘图版 型号 、规格 、产地 分割工具信息 单位或个人 表 5 数字化信息化人体数据集元数据信息 版权归属 元数据元素 具体信息 以人体系统或器官与功能结合进行命名 , 也 3 . 4 建立三维数字化人体数据集 三维数字化人体数据集 数据集名称 用功能模型命名 是采用经精细分割后的断层数据集 ,再加上解剖标识和辅以所采用三维数字化人体数据集的名称 、作者 数字人来源信息 3D 可视化而取得的数据集 。使用这种数据集 ,各科研单位可 获取方式 信息名称 以选取自己感兴趣的解剖部位进行研究 ,科研人员可以在 3D 附加信息名称 ( 姓名 、所在单位 、职称 、联系方式 电话 、手机 空间对人体中感兴趣的器官或结构任意旋转和平移 ,做认真 )箱 、网页 建模者信息 细致的观察 ,清楚地了解人体内部各结构间复杂的空间关系 , Photo shop 或其它 使用软件信息 为科研提供准确 、可靠的参考信息 。由于人体数据集是数字图像文件格式 ,图像的大小 、颜色 ,图像管理 图像质量信息化的 ,可以很方便地对整体数据进行重采样 ,使医生能够从任 图像结构与功能信息 重建图像名称 、所属解剖部位 、显示功能 意角度 、任何剖面观察人体内结构 ,可为手术计划提供重要的 版权归属 单位或个人 参考信息 ,也可为人体解剖学的教学提供了一种新颖 、直观和 快速的演示手段 。三维数字化人体还可作为 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 指导图像分 割算法的研究 。具有明确解剖标识和量化空间信息的数字化 4 开发数字人网络学习系统 人体 ,与坐标系统联系起来 ,还可以作为公共参考系统实现各 为了让更多的人了解数字人和了解人类本身 ,我们还 类图像的配准 ,也可为 P E T 、f M R I 提供人脑解剖框架 。因此 该利用网络系统加大对数字人的宣传力度 ,并且把数字人 在当前的医学研究中 ,构建一个高精度 、高速度 、又易于操作 最新研究成果及时地引入到医学的教学 、科研 、临床和科普 的三维数字化人体解剖数据集是非常必要的 。该数据集的元 数据信息见表 4 。 作中去 ,只有这样 ,数字人的研究才能得到长期 、持久和快 3 . 5 建立数字化信息化的人体数据集 在三维数字化人体 的发展 。 数据集建立的基础上 ,可以在重建的人体系统 、器官或结构上 4 . 1 开发数字人的教学系统 数字人的研究首先应该为 附加大量的信息 , 如物理信息 、生化信息 、功能信息 、空间信 学和科研服务 ,否则就没有生命力 ,就不会快速地向前发 息 、智能信息 、疾病信息等 ,从而建立各种数字人模型 ,如数字 [ 8 ] 尽早地将数字人的研究成果引入大学生或中学生的解剖 人力学模型可再现人体的运动功能 ,数字人血液循环动力 学 ,可能会最大限度地激发他们的学习兴趣 ,激发他们的想 力和创造力 。我们计划开发面向大学或中学数字解剖学的 学系统 ,实行网上教学和网上服务 。同时我们还将开发配 钟世镇. 数字人和数字解剖学 [ M ] . 山东 : 山东科学技术出版社 , 的电子产品 ,以利于学生们更好地去学习 、理解和掌握人体科 2004 . 学 。Zhang SX , Li u ZJ , Tan L W , et al . N umber o ne of Chi ne se digi2 [ 4 ] 4 . 2 开发数字人临床应用系统 数字人的研究要走向临床 , tized vi si ble hu ma n co mplet ed [J ] . Act a Acad Med Mil Tert ,2002 , 只有把数字人的基础研究和临床应用相结合 ,才能使数字人 ( ) 24 10:123121232 . 的研究具有生命力 。我们计划开发数字人的临床教学系统和 张绍祥 ,刘正津 ,谭立文 ,等. 首例中国数字化可视人体完成 [ J ] . 第 ( ) 三军医大学学报 ,2002 ,24 10: 123121232 . 手术模拟系统 ,便于医护工作者进行专业知识的学习 、业务水 Hai M , Shen Y. Research o n a uto matic regi st ratio n met ho d fo r 3D 平的提高和科研能力的强化 。如可建立各种数字人的疾病模 [ 5 ] multi2mo dal medical i mage s [ J ] . Chi n J Med Imagi ng Technol , 型 ,在此基础上可进行病理 、病理生理方面的研究 ,也可进行 ( ) 2005 ,21 5:7982801 . 新药的研发和手术模拟等 。海淼 ,沈毅. 三维多模态医学图像自动配准方法研究 [ J ] . 中国医学 4 . 3 开发数字人科普教育系统 随着人类生活水平的逐步 ( ) 影像技术 ,2005 ,21 5:7982801 . 提高 ,人们越来越注重自身的健康 ,越来越多地去学习有关卫 Wei X , Xie XD , Wa ng C H . Est a bli sh ment of vi rt ual t hree2di men2 生保健方面的知识 ,所以向百姓开展健康知识方面的科普教 [ 6 ] sio nal cerebral a neur ysm mo del : i nitial exp erience of cli nical appli2 育活动势在必行 。为此我们将专门开设一套结合数字人研究 ( ) catio n [J ] . Chi n J Med Imagi ng Technol ,2005 ,21 11:174721750 . 的健康知识科普宣传教学系统 ,以便让更多的人去充分了解 魏欣 ,谢晓东 ,王朝华. 脑动脉瘤虚拟三维模型的建立及其应用价 自己 、保护自己和发展自己 。 ( ) 值初探[J ] . 中国医学影像技术 ,2005 ,21 11:174721750 . Ta ng YY , Yi n L , Shen J X. Neuroi magi ng a nd dat a mi ni ng [ J ] . [ 7 ] ( ) Chi n J Med Imagi ng Technol , 2005 ,21 3:3312332 . [ 参考文献 ] 唐一源 ,尹岭 ,沈均贤. 脑功能成像与数据挖掘 [ J ] . 中国医学影像 ( ) 技术 ,2005 ,21 3:3312332 . [ 1 ] Li u ZG. Sur vey of re sea rch o n di gitized vi r t ual huma n [J ] . J o ur nal Bi SW , Wa ng XL . The mechanical mo del of digit al hu ma n bo dy [ 8 ] ( ) of Medical Int elligence ,2003 ,25 3:1612163 . ( ) [J ] . Chi n J Med Imagi ng Technol ,2003 ,19 204:41243 . 毕思文 ,王秀利. 数字人体力学模型 [ J ] . 中国医学影像技术 , 2003 , 刘志国. “数字化虚拟人体" 研究概览 [ J ] . 医学情报工作 , 2003 , 25 ( ) 19 204: 41243 . ( ) 3:1612163 . J i n Z Y , Wa ng J Z. Implement of adap ti ve rayca sti ng di rect vol ume Zho ng SZ , Yua n L . Cur rent p ro blems i n t he dat a acqui sitio n of [ 2 ] renderi ng al go rit h m [ J ] . 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