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一个被切成了5000片的神秘女人

时间: 2024-03-19 21:08:06 |   作者: 烟气分析仪

她的生平并没什么过人之处,甚至连名字都没有被公开,我们现在所知道的,仅仅是她在20多年前因为心脏

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  她的生平并没什么过人之处,甚至连名字都没有被公开,我们现在所知道的,仅仅是她在20多年前因为心脏病发作而离开了人世,享年59岁。

  不过现在,她的遗体却以一种奇异的方式得以永存,并为世人所知。这具遗体被制成了超过5000份精细的切片标本,并经过数字化,变成了目前最为精细的人体解剖3D模型。不仅如此,存在于计算机软件中的“她”还成为了医学研究中的虚拟受试者。“她”的存在,使更多难以用常规方式来进行的实验分析成为了可能。

  由这位女性遗体制成的切片标本之一,从中能够正常的看到肝脏、肺、肾脏等器官|Visible Human Project

  这些标本制作和重建的工作属于“可视人计划”(Visible Human Project)的一部分,这项计划由美国国家医学图书馆发起。参与这一项目的研究者们选出了一位男性和一位女性的遗体作为样本,他们分别对这两具遗体进行了全身的CT和磁共振扫描,并将遗体逐层横切,制成了切片标本。这些标本十分精细纤薄,男性遗体标本的切片厚度为1毫米,而女性标本的切片厚度仅为0.33毫米。相比这位不知名的女性,男性遗体捐献者的身份显得更为特别:此人名叫约瑟夫·保罗·杰尼根(Joseph Paul Jernigan),在39岁时因谋杀罪被处以注射死刑,他特殊的身份还引来了一场伦理争论。

  在上世纪90年代,可视人计划的第一批图像公布于众。在此之后,不少团队也对由1871份切片组成的男性标本进行了重建。这些标本图像已得到了不少应用,哥伦比亚大学的研究者们还通过它们发现并修正了以往解剖学教科书中的几处细节错误。

  而现在,女性标本也得以重建。得益于纤薄的切片,这次的虚拟模型精度又得到了大幅度的提高。这项工作由伍斯特理工学院的谢尔盖·马卡罗夫(Sergey Makarov)和他的同事们共同完成。他们利用软件将数千张图像整合到一起,并请5位不相同的领域的医学专家进行了校验。“它必须是解剖学精确的。” 马卡罗夫这样说到。2015年8月,他们刚刚在IEEE(电气与电子工程师学会)医学及生物工程领域的会议上报告了这项成果。

  直到现在,实物标本依然是了解人体解剖结构最重要的参考资料,而纤薄的切片标本更是展现了种种人体组织精细的内部构造。在过去几十年中,CT、磁共振等影像学手段持续不断的发展,对尸体标本一点点切片了解人体构造的方式似乎显得过时了,但直到现在,影像手段依然无法完全替代实物标本的地位。对活着的志愿者进行全身扫描要花上几小时时间,稍一移动就会影响成像的清晰度。而且更重要的是,扫描影像是黑白的,虽然在不同组织之间有一些灰度对比,但它的清晰程度和对比度远不能与实物相比。

  与CT扫描(左)相比,实物标本(右)有更丰富的色彩和细节。图中为约瑟夫·保罗·杰尼根的遗体标本图像|Visible Human Project

  研究者们将他们构建的模型称为“幻影”(phantom)。现在,这位女性“幻影”是世界上细节最为丰富的人体重建模型,她包含231个组织部件。不过遗憾的是,这份模型依然有一些瑕疵之处:标本中遗失了包括鼻软骨在内的14个部件,血管的精细结构也难以得到保全。

  这些标本和重建模型本身就已经足够震撼,它们也能发挥重要的教育作用。不过,研究者们并不满足于此。制作“幻影”模型的一个重要目的,是为了在计算机上进行一系列以往难以完成的“人体实验”。

  在医学领域,直接来自人体的临床试验数据永远都是最有参考价值的,但在很多情况下,由于风险过大、违背医学伦理,进行实地试验很不现实。以往,我们可能就只能接受数据缺失的现实,或者从动物实验结果出发,进行并不精确的估算。而现在,虚拟模型为研究者提供了新的可能。除了精细的解剖结构,在这个“幻影”模型中还包含了各个器官的密度、热导率等参数,这使得她成为了虚拟实验绝佳的受试者。

  比如说,研究者们已经用“幻影”模型进行了这样一个模拟试验:他们给“幻影”设置了一个植入的金属人工关节,并在软件中设置不一样的磁场强度,以此来评估一个植入了金属关节的患者进行磁共振成像检查时会产生怎样的后果。金属植入物在磁场的作用下可能会移位、发热,这会给患者带来危险,而如果通过虚拟受试者量化地评估这些风险的大小,研究者们或许将来就可以为这些患者找到更安全的成像解决方案。

  除此之外,研究者们还在“幻影”身上测试了经颅直流电刺激疗法的安全范围。即使是常人难以承受的极限条件,“幻影”也可以轻松胜任。

  现在,这一模型系统已经对各地的研究者们免费开放,通过软件,还可以对它做修改。通过女性标本建立起的原版模型比较胖,而通过软件参数的修改,还能够获得体型较瘦的数字模型,以满足更多研究需要。“建立这一模型经历了大量的前期工作,而现在,任何人都可以在自己的电脑上跑个实验了。” 马卡罗夫的合作者之一、整形外科医生阿拉·纳扎里安(Ara Nazarian)这样说。

  作为虚拟受试者的“幻影”还有数不尽的可能性等待发掘,对医学研究者而言,这无疑是激动人心的。而在先进医学成果的背后,这位平凡女性为人类医学做出的贡献也可以让我们铭记。


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