功能數字人又被稱為虛擬生理人，是由數學建模仿真,輔以動畫的形象展示，模擬人體組織、器官的功能及生理狀態變化、疾病的發生髮展以及轉歸的一套虛擬系統。功能數字人在醫學教學中有著重要的套用，它幫助學生理解人體生理功能的基本原理以及疾病的發生機制，還可以通過模擬臨床對病人的治療過程達到訓練臨床思維的目的。
基本介紹
- 中文名：功能數字人
- 別名：虛擬生理人
發展過程,主要特點,套用的重大意義,
發展過程
1993年，在英國格拉斯哥舉行的第32屆國際生理科學聯合會(IUPS)上,以英國牛津大學生理學系Denis Noble教授為首的生理學家提出了生理組學研究計畫,旨在提供一個整體研究架構及定量分析模型,吸納基因組學及蛋白質組學等的研究成果和信息進行生理學角度的整合,希望在更高層次對生命體的生理變化和功能現象提供定量描述。
2001年，在第34屆IUPS大會上,生理組學研究議題被正式提出,並計畫開發人體所有12個器官系統的模型。
2005年在美國聖迪戈(San Diego)舉行的第35屆IUPS大會上,進一步明確提出了具體的生理組學研究路線圖。
2006年，歐盟發起的“虛擬生理人(Virtual Physiological Human,VPH)”計畫,以及2007年美國國立衛生研究院(National Institutes of Health,NIH)發起的“可預測多模態生理病理模型”研究。
2019年，我國趙沁平院士在由鵬城實驗室和虛擬現實技術與系統國家重點實驗室聯合舉辦的生化生理虛擬人體研討會上倡導虛擬生化生理人的構建,並提出虛擬人體(Virtual Human Body,VHB)是對真實人體的細胞、組織、器官、系統等構成單元進行動靜態、多尺度、多模虛擬生化生理人研究進程與展望。
同年，成都泰盟的虛擬標準化病人(Virtual Standardized Patients,簡稱VSP)作為虛擬仿真教學產品正式發布,標誌著功能數字人概念的落地。
主要特點
1、創新性：普通醫學類虛擬仿真項目基本上是只“虛擬”不“仿真”,注重動畫“順序式”地演示過程,不能做“開放式”的任意調節,揭示內在因果關聯。要真正意義上做到“仿真”,必須給相關參數建立相關嚴謹的數學模型。功能數字人創新地將“順序式”升級為“開放式”。
2、高階性：功能數字人告別了傳統的“卡通片”的低階模式,而是基於數學模型套用智慧型算法開發了一套開放性的虛擬人模型,需要醫學、數學、計算機、工業設計、美術設計等多學科交叉融合,是醫工融合的新醫科項目典範。
3、挑戰度：功能數字人從以往的“知識型”學習轉變成“能力型”訓練,學生不再只是用滑鼠進行一步步程式化的操作,而是不同的操作會產生不同的結果。學生在操作過程中遇到的問題不再是簡單的問答或選擇題,而是要根據實際情況分析判斷,做出最優的選擇。
4、可推演性：功能數字人允許使用者不斷地根據情況的變化嘗試、分析,在人機互動的過程中,使用者需要通過推理、演繹達成目標,從而完成思維訓練。
套用的重大意義
1、改變基礎醫學教學模式：基礎醫學,尤其是生理學教學,內容抽象,需要大量推理來理解組織、器官及系統之間的聯繫但結果往往無從驗證。數位化人體模型的引入可以改變這種模式,使得課堂上的推理、分析、驗證成為可能,幫助學生更深刻地理解人體生理機制。
2、引領機能實驗教學創新：傳統的機能實驗教學注重動物的手術操作及現象的觀察,人體模型的引入一方面可以使學生直接在虛擬人體上實驗,節約實驗動物使用,踐行3R原則,另一方面可以增強對實驗的分析和探索,從知識學習向能力培養轉變。
3、改變臨床教學模式：臨床教學中,學生到醫院接觸真實病人的機會非常有限,而課堂教學中對疾病案例的分析,往往只能分析討論,無法通過與“病人”的互動嘗試治療。虛擬標準化病人可通過建立臨床表現與各個生理指標之間的聯繫,封裝成標準化病例,用於臨床虛擬仿真教學。學生可反覆試驗對“病人”的診療方案並觀察和分析結果,訓練臨床思維能力。
