試議數(shù)字人體建模進(jìn)展

導(dǎo)語(yǔ)：試議數(shù)字人體建模進(jìn)展一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、數(shù)字人體力學(xué)模型

數(shù)字人體力學(xué)模型具有幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的特征，主要有:數(shù)字人體多體系統(tǒng)力學(xué)模型、數(shù)字人體非完整系統(tǒng)力學(xué)模型、數(shù)字人體變質(zhì)量系統(tǒng)力學(xué)模型、數(shù)字人體碰撞系統(tǒng)力學(xué)模型、數(shù)字人體破壞系統(tǒng)力學(xué)模型、數(shù)字人體流體系統(tǒng)力學(xué)模型、數(shù)字人體極端系統(tǒng)力學(xué)模型。人體是由多種不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，因此，可用若干塑性、流變體、流體、彈性體組成的系統(tǒng)模型加以描述，構(gòu)建數(shù)字人體多體系統(tǒng)力學(xué)模型，一般采用“有限段建模法”;把人體系統(tǒng)作為一個(gè)非完整的系統(tǒng)，來(lái)進(jìn)行力學(xué)研究，更接近人體系統(tǒng)的實(shí)際，構(gòu)建數(shù)字人體非完整系統(tǒng)力學(xué)模型，其最大優(yōu)點(diǎn)是在定量分析和模擬分析時(shí)，可將邊界條件動(dòng)態(tài)的進(jìn)行;構(gòu)建數(shù)字人體變質(zhì)量系統(tǒng)力學(xué)模型，主要包括變質(zhì)量人體系統(tǒng)的牛頓力學(xué)和分析力學(xué)，是研究人體質(zhì)量變化物體的運(yùn)動(dòng)及作用力之間的關(guān)系;構(gòu)建數(shù)字人體碰撞系統(tǒng)力學(xué)模型，主要包括人體的外部碰撞、碰撞后人體的響應(yīng)、人體與環(huán)境的關(guān)系;對(duì)于人體內(nèi)部的液體流動(dòng)、組織間液體的非線性交換、對(duì)流，構(gòu)建數(shù)字人體流體系統(tǒng)力學(xué)模型;對(duì)于人體內(nèi)部的溫度、壓力，構(gòu)建數(shù)字人體極端系統(tǒng)力學(xué)模型，比如對(duì)流、輻射、熱應(yīng)力和高溫低溫疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

二、數(shù)字人體信息模型

數(shù)字人體信息模型是有關(guān)人體系統(tǒng)物質(zhì)流、能量流、信息流的性質(zhì)、時(shí)空變化、特征、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模型。人體信息是指有關(guān)人體諸要素的物質(zhì)和能量的性質(zhì)、特征和狀態(tài)表征的知識(shí)，包括物質(zhì)信息和能量信息，數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)據(jù)是未經(jīng)處理的數(shù)字、文字、聲音、圖像等，而信息是以有意義的形式加以排列和處理的數(shù)據(jù)。構(gòu)建數(shù)字人體信息模型，用以研究人體系統(tǒng)信息機(jī)制，從信息流的角度，探討人體系統(tǒng)信息的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、獲取和處理。研討人體系統(tǒng)的物質(zhì)流、能量流、信息流所形成的機(jī)制，從而構(gòu)建數(shù)字人體信息模型。一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生人體系統(tǒng)物質(zhì)流、能量流的基礎(chǔ)理論是有差異性、非均衡理論、耗散結(jié)構(gòu)理論、引力場(chǎng)理論，而物質(zhì)流、能量流又是信息流的基礎(chǔ)。構(gòu)建數(shù)字人體信息模型，可以對(duì)人體系統(tǒng)信息的機(jī)制、產(chǎn)生、獲取、處理、傳播等規(guī)律進(jìn)行研究。包括:數(shù)字人體認(rèn)知模型、信息圖譜模型、全息信息模型、記憶信息模型等。

三、數(shù)字人體基因模型

1985年美國(guó)科學(xué)家率先提出人類基因組計(jì)劃，1990年美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本、中國(guó)科學(xué)家分工合作，正式啟動(dòng)了人類基因組計(jì)劃，測(cè)定人染色體30億個(gè)核苷酸序列的堿基組成，現(xiàn)在已注釋的人類編碼基因34057個(gè)，功能基因12404個(gè)。醫(yī)學(xué)界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有些疾病是遺傳病致病基因所致，比如亨廷頓舞蹈病、遺傳性結(jié)腸癌、乳腺癌等是單基因遺傳病致病基因所致，而心血管疾病、腫瘤、自身免疫性疾病、老年性癡呆、精神分裂癥等則是多基因疾病。利用基因技術(shù)構(gòu)建數(shù)字人體基因模型，進(jìn)行遺傳圖譜繪制、物理圖譜繪制、基因序列測(cè)定、基因序列中個(gè)體差異的辨識(shí)、基因鑒定、基因功能分析是數(shù)字人體的一個(gè)重要方面。基因技術(shù)的應(yīng)用及建模，使數(shù)字人體向更深層次邁進(jìn)，繪制人基因圖譜，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)人類基因并確定其染色體位置，破解人類遺傳信息。科學(xué)家們正在對(duì)大規(guī)模基因組、大規(guī)模基因功能表達(dá)譜進(jìn)行信息分析，對(duì)完整基因組進(jìn)行比較研究，力求發(fā)現(xiàn)新基因。構(gòu)建數(shù)字人體基因模型是人類基因組計(jì)劃的一個(gè)重要組成部分，已有可喜的進(jìn)展，基因診斷、基因治療、疾病易感基因的識(shí)別已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了初步應(yīng)用。

四、數(shù)字人體蛋白質(zhì)模型

人們已知細(xì)胞膜上鑲嵌著蛋白質(zhì)，然而要了解蛋白質(zhì)的功能，就要找到這些蛋白質(zhì)的分子基礎(chǔ)，就必須進(jìn)一步知道蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，要設(shè)計(jì)藥物也需要了解相應(yīng)蛋白質(zhì)受體的三維結(jié)構(gòu)，受體和蛋白質(zhì)特異性結(jié)合及相互作用的過(guò)程。因此，構(gòu)建數(shù)字人體蛋白質(zhì)模型是醫(yī)學(xué)界和科學(xué)家的一個(gè)重要課題。蛋白質(zhì)的相互作用、生物大分子的結(jié)構(gòu)模擬與藥物設(shè)計(jì)可以說(shuō)是今后生物信息學(xué)的研究重點(diǎn)。有學(xué)者從60種球形蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)出發(fā)，采用MiyazawaJernigan相互作用矩陣，計(jì)算了蛋白質(zhì)分子中氨基酸之間的相互作用能，發(fā)現(xiàn)構(gòu)成蛋白質(zhì)分子的20種氨基酸可分成疏水、中性、親水基團(tuán)，在計(jì)算它們之間相互作用能的基礎(chǔ)上，建立了蛋白質(zhì)分子的HNP格點(diǎn)模型。還有學(xué)者采用PLS變量篩選法(是一種建立大數(shù)據(jù)模型有效方法)，在蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中的二聯(lián)氨基酸與蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中的三聯(lián)氨基酸個(gè)數(shù)與蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)個(gè)數(shù)模型。數(shù)字人體建模包括:數(shù)字人體可視化模型、數(shù)字人體虛擬模型、數(shù)字人體數(shù)學(xué)模型、數(shù)字人體力學(xué)模型、數(shù)字人體信息模型、數(shù)字人體基因模型、數(shù)字人體蛋白質(zhì)模型。可視化人體和虛擬人體的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果，其它數(shù)字人體建模的研究雖然還處于初始階段、基礎(chǔ)階段，但已經(jīng)取得了可喜的曙光，其前景十分廣闊。

作者：侯鵬高單位：皖北衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院