个性化虚拟手术研究综述

基于虚拟人体的虚拟手术是虚拟现实、人工智能、生物医学、现代医学等多学科交叉的国际前沿技术。高质量的个性化虚拟手术需构建人体组织器官可交互的几何、物理和生理模型,仿真复杂手术过程,评价手术仿真操作对实际手术技能提升的作用。虚拟手术技术涉及多模态医学影像智能分析处理、个性化人体器官混合建模、复杂手术现象交互仿真、手术仿真评价等一系列前沿科学技术问题,可服务于手术机器人研发、远程协作手术、医疗器械研发等前沿领域技术的发展。未来,继续深入研究突破人体器官多维度多粒度虚实映射理论、个性化人体器官多尺度生理建模方法、人体器官生理信息模型库构建、智能三维虚拟人体交互仿真算法框架等关键技术问题,对提高我国虚拟人体领域的源头创新能力具有积极意义,对推动手术研究与转化的模式创新具有重要价值。     

中国数字化虚拟人体研究的发展与应用——香山科学会议第208次学术讨论会综述

以“中国数字化虚拟人体研究的发展与应用”为主题的香山科学会议第208次学术讨论会于2003年9月9～12日在北京香山举行。会议聘请第一军医大学钟世镇院士、深圳大学牛憨笨院士、首都医科大学罗述谦教授和中科院计算所李华研究员担任执行主席。会议的中心议题是：断层解剖数据获取关键技术探索、多光谱探测技术与人体组织信息获取、图形图像处理技术、网格与数据共享、神经与微小器官信息获取等在医学和相关领域的应用。     

造福人类的激光医学

激光医学是利用激光对人的疾病进行治疗和诊断的科学。同时,它又是涉及光与人体组织、器官、细胞、细菌、病毒等的相互作用时所引起人体的生物物理、生物化学变化,进而探讨这些变化对人的生理及病理产生什么影响的基础医学。早在激光器发明的第二年即1961年,就有人用红宝石激光对人的皮肤及眼病进行治疗,经30余年的发展,激光医学现已成为当今激光应用中最活跃的领域之一。如今它已被广泛应用于眼科、外科、皮肤科、口腔科、妇科、耳鼻喉科、小儿科、泌尿科、神经科、内科以及医疗诊断、心脑血管成     

医学图像的多组织体网格建模技术的发展和应用

从医学图像构建人体解剖结构的多组织体网格模型是目前生物医学工程领域的一个研究热点。这方面的研究在计算机辅助诊疗和虚拟手术仿真等方面有广泛的应用前景。本文简要介绍了基于医学图像的多组织体模型重建技术的意义和发展前景,重点阐述了该技术的发展现状和相关应用。     

基于医学图像序列生成四面体网格

为实现医学图像的几何建模,提出了从一个医学图像序列生成三维四面体网格模型的方法。该方法按分层思想实现四面体网格的生成：首先在各医学图像上提取待重建器官组织的平面轮廓,并将其离散化;然后对各平面轮廓区域生成二维三角网格;最后分别在各相邻断层之间采用三遍扫描法连接四面体单元,从而得到三维四面体网格模型。用该方法重建人体大腿膝部的几何模型,得到一个含1468个节点与4378个四面体单元的体网格,该网格被应用于虚拟手术系统的切割形变等有限元分析与计算。     

加强科学基金精细化管理 促进基础研究水平提升

1引言北京应用物理与计算数学研究所是以承担国家重大科研任务为主,同时开展基础研究和应用基础研究的多学科研究机构。我所主要研究领域涉及理论物理、粒子物理与原子核物理、等离子体物理、激光物理、流体力学、应用数学、计算数学、计算机应用     

人体器官芯片

人体器官芯片是一门新兴的前沿科学技术,也是一门典型的多学科交叉汇聚技术,对人类健康和生物产业发展具有重要战略意义,吸引了来自政府、科学界和产业界的关注,被2016年达沃斯世界经济论坛列为"十大新兴技术"之一。人体器官芯片指的是一种在载玻片大小芯片上构建的器官生理微系统,包含有活体细胞、组织界面、生物流体和机械力等器官微环境关键要素。它可在体外模拟人体不同组织器官的主要结构功能特征和复杂的器官间联系,用以预测人体对药物或外界不同刺激产生的反应,在生命科学和医学研究、新药研发、个性化医疗、毒性预测和生物防御等领域具有广泛应用前景。文章概述性介绍了人体器官芯片的起源、国际发展态势和研究进展,并对其面临的挑战和未来发展趋势予以展望。     

永不停息的科研“追光者”——记中国科学技术大学工程科学学院研究员田超

正光作为科学研究的工具,帮助我们在认识世界的过程中发现了许多自然界的规律。20世纪以来,科学家开始将光学应用于人体疾病的诊断,为医学领域打开了新的大门,同时,在量子理论、技术革命和基因科学三大科技进步之下,生物医学光子学这一学科应运而生。生物医学光子学是涉及生物、物理、医学、光子学、材料学等多方面知识交叉融合的一个学科。自20世纪70年代起,科学家开始尝试进行人的生理过程和脑功能的无创伤监测研究,80年代     

生物材料和组织工程学发展的新起点

生物材料学和与其相关的生物医学工程将是二十一世纪的领衔前沿学科之一,是应用科学的核心学科。现代生物材料的核心是生物医学科学和材料科学的交叉融会,是将分子生物学的理论与技术渗透于材料科学研究的全新挑战。人体的医学治疗要求也为生物材料的研发引入了人体组织工程学、植入性人工器官、生物感应装置、仿生智能装置、生物医学光子技术等广泛的生物医学工程领域的应用,并为生物材料的应用提出了安全性和有效性的全新标准。因而,生物材料的研究将成为整个生物医学工程领域的重要发展前提。近20年来,中国和国际上的生物材料研究发展与…     

基于心电研究进展完善心电模型构建和心律失常研究的策略

心律失常是一类严重威胁人类生命安全的心血管疾病,其机制复杂,临床治疗亟待改进。当前虚拟电生理仿真模型整合离子通道电生理特性、动作电位、体表心动图等基础研究数据,对心电活动和心律失常机制的阐释有了长足的进步,但与真实人体心电活动仍存在一定差异。本文结合基础与临床最新研究进展,提出将离子通道β亚基、细胞器和亚细胞结构等调节心电活动的数据以及基于人类iPS衍生的心脏类器官获取的心电数据纳入心电模型构建的策略,从微观和宏观多尺度更新、完善和验证虚拟心脏电生理模型,并提出通过分子对接结合心电仿真模型筛选、评估靶向治疗心律失常药物的思路。     

人体干细胞首次被转化为功能性肺细胞

美国哥伦比亚大学医学研究中心的科学家首次成功地将人体干细胞转化成了功能性的肺细胞和呼吸道细胞。这一最新研究成果．可以帮助科学家们研究肺部发育、构建肺部疾病建模、筛查药物并最终制造出可供移植的肺部器官。     

中西医结合发展与现代科技交叉（续）——医学物理发展的现况

一、医学物理学科的形成和主要任务 医学物理是以物理学的知识为基础，研究和解决与医学诊断、治疗以及与人体基础研究有关问题的交叉学科。在学科发展的过程中，医学物理有机地整合了核物理和核技术、无线电电子工程、超声物理、成像技术、医学技术、放射医学、生物医学工程、肿瘤放疗学和核医学等很多学科，是在这些学科广泛知识的基础上逐步形成的一个新的学科。     

浅谈驾驶疲劳检测方法研究现状

驾驶疲劳研究是汽车主动安全领域研究方向之一,主要集中在两个方面,一是基于车辆和人体的操作行为,二是基于人体的生理信号。本文总结和评价了国内外关于驾驶疲劳的研究现状,指出研究存在的不足,提出驾驶疲劳研究应该朝着定量描述、阈值算法和多指标整合建模方向努力,最后对驾驶疲劳研究的应用前景进行展望。     

心律失常机制的建模仿真和理论研究

心血管疾病是全球自然死亡的头号杀手。心律失常一直都是心血管疾病致死的一种主要形式。随着实验和临床数据的积累、非线性动力学的理论应用、计算机算法的优化和算力的提升,通过建立生理生化层面精细的心脏电生理数学模型,开展生理及病理条件下高性能计算仿真已成为探究心律失常机制的一种有效技术手段。本文简要介绍了造成心律失常的几种典型机制,回顾了心脏电生理建模仿真的发展过程并指出了目前面临的主要挑战,包括如何更系统深入地理解心律失常这一可激发介质上多尺度多物理态的复杂时空行为,如何运用电生理建模仿真辅助抗心律失常特效药物研发以及完善一般性药物的心脏安全评估。针对以上的挑战,本文提出如下研究建议：发展计算上可行的多尺度群体化心脏电生理数学模型;进行基于药物与蛋白/离子通道相互作用的虚拟抗心律失常药物靶点的筛查;建立一般性药物心脏毒性检测的虚拟仿真平台。通过深度结合实验和临床数据发展高性能多尺度群体化的心脏电生理虚拟仿真,有望进一步发掘多学科交叉的研究潜力,推动心脏病学发展。     

虚拟生理心脏研究进展

心脏疾病是威胁人类生命健康的主要杀手之一。虚拟生理心脏建模是科学家研究多种心脏疾病形成机制和药物效果验证的新范式。它依托于计算机的强大计算能力从多个尺度对心脏的功能进行模拟仿真,最终提高科学实验的效率、透明度和可重复性,为心脏科学的研究提供新的路径。本文系统性的分析了多尺度虚拟心脏建模的主要研究方向、面临的挑战、应用现状和未来发展方向。从解剖结构建模、多尺度生理功能建模、多模态生理功能建模、多物种生理功能建模、高性能计算及可视化和个体化建模这五个方向进行全面梳理,并深入探讨了虚拟心脏建模在未来5～10年的几个重要发展方向。     

纳米材料在涂料、精细化工生产中的应用

阐述了纳米材料在涂料方面,以及精细化工方面的应用,并指出:纳米材料的应用,将给物理、化学、生物、医学等领域的研究带来新机遇.     

超强激光与聚变物理前沿研究

超强超短激光的出现与迅猛发展,为人类提供了前所未有的极端物理条件与全新实验手段。激光脉冲峰值功率达到拍瓦（即PW,10¹⁵W,千万亿瓦）、脉冲宽度达到数十飞秒级（即fs,10^-15s,千万亿分之一秒）的超强超短激光,被认为是人类已知的最亮光源,能在实验室内创造出前所未有的超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度综合性极端物理条件,在原子分子物理、化学、材料科学、阿秒科学、等离子体物理、核物理、天体物理、粒子物理、医学与生命科学等领域具有重大应用价值,是国际科技竞争重大前沿领域之一。     

人体器官移植侵权法律问题探析

人体器官移植是医疗科技的重大成果.与一般医患关系相比,其所涉及的法律关系更为复杂,发生的侵权问题也呈现出特殊性.人体器官移植侵权问题有着深刻的法律、医学乃至伦理根源,我国立法应对器官权的法律地位、死亡标准以及器官资源分配不公等问题进行必要的确认与调整,使器官移植中的侵权现象得到有效的遏制.     

现代生物材料的核心——交叉融会的生物医学科学与材料科学——生物材料和组织工程学发展的新起点

生物材料学和与其相关的生物医学工程将是二十一世纪的领衔前沿学科之一，是应用科学的核心学科。现代生物材料的核心是生物医学科学和材料科学的交叉融会，是将分子生物学的理论与技术渗透于材料科学研究的全新挑战。人体的医学治疗要求也为生物材料的研发引入了人体组织工程学、植入性人工器官、生物感应装置、仿生智能装置、生物医学光子技术等广泛的生物医学工程领域的应用，