試議數字人體建模進展

導語：試議數字人體建模進展一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、數字人體力學模型

數字人體力學模型具有幾何學、運動學、動力學的特征，主要有:數字人體多體系統力學模型、數字人體非完整系統力學模型、數字人體變質量系統力學模型、數字人體碰撞系統力學模型、數字人體破壞系統力學模型、數字人體流體系統力學模型、數字人體極端系統力學模型。人體是由多種不同物質結構組成，因此，可用若干塑性、流變體、流體、彈性體組成的系統模型加以描述，構建數字人體多體系統力學模型，一般采用“有限段建模法”;把人體系統作為一個非完整的系統，來進行力學研究，更接近人體系統的實際，構建數字人體非完整系統力學模型，其最大優點是在定量分析和模擬分析時，可將邊界條件動態的進行;構建數字人體變質量系統力學模型，主要包括變質量人體系統的牛頓力學和分析力學，是研究人體質量變化物體的運動及作用力之間的關系;構建數字人體碰撞系統力學模型，主要包括人體的外部碰撞、碰撞后人體的響應、人體與環境的關系;對于人體內部的液體流動、組織間液體的非線性交換、對流，構建數字人體流體系統力學模型;對于人體內部的溫度、壓力，構建數字人體極端系統力學模型，比如對流、輻射、熱應力和高溫低溫疲勞試驗模型。

二、數字人體信息模型

數字人體信息模型是有關人體系統物質流、能量流、信息流的性質、時空變化、特征、運動狀態的模型。人體信息是指有關人體諸要素的物質和能量的性質、特征和狀態表征的知識，包括物質信息和能量信息，數據是信息的載體。數據是未經處理的數字、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據。構建數字人體信息模型，用以研究人體系統信息機制，從信息流的角度，探討人體系統信息的結構、性質、獲取和處理。研討人體系統的物質流、能量流、信息流所形成的機制，從而構建數字人體信息模型。一般來說，產生人體系統物質流、能量流的基礎理論是有差異性、非均衡理論、耗散結構理論、引力場理論，而物質流、能量流又是信息流的基礎。構建數字人體信息模型，可以對人體系統信息的機制、產生、獲取、處理、傳播等規律進行研究。包括:數字人體認知模型、信息圖譜模型、全息信息模型、記憶信息模型等。

三、數字人體基因模型

1985年美國科學家率先提出人類基因組計劃，1990年美國、英國、法國、德國、日本、中國科學家分工合作，正式啟動了人類基因組計劃，測定人染色體30億個核苷酸序列的堿基組成，現在已注釋的人類編碼基因34057個，功能基因12404個。醫學界已經發現，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。利用基因技術構建數字人體基因模型，進行遺傳圖譜繪制、物理圖譜繪制、基因序列測定、基因序列中個體差異的辨識、基因鑒定、基因功能分析是數字人體的一個重要方面。基因技術的應用及建模，使數字人體向更深層次邁進，繪制人基因圖譜，進而發現人類基因并確定其染色體位置，破解人類遺傳信息?？茖W家們正在對大規?；蚪M、大規?；蚬δ鼙磉_譜進行信息分析，對完整基因組進行比較研究，力求發現新基因。構建數字人體基因模型是人類基因組計劃的一個重要組成部分，已有可喜的進展，基因診斷、基因治療、疾病易感基因的識別已在醫學領域得到了初步應用。

四、數字人體蛋白質模型

人們已知細胞膜上鑲嵌著蛋白質，然而要了解蛋白質的功能，就要找到這些蛋白質的分子基礎，就必須進一步知道蛋白質的三維結構，當然，要設計藥物也需要了解相應蛋白質受體的三維結構，受體和蛋白質特異性結合及相互作用的過程。因此，構建數字人體蛋白質模型是醫學界和科學家的一個重要課題。蛋白質的相互作用、生物大分子的結構模擬與藥物設計可以說是今后生物信息學的研究重點。有學者從60種球形蛋白質的結構出發，采用MiyazawaJernigan相互作用矩陣，計算了蛋白質分子中氨基酸之間的相互作用能，發現構成蛋白質分子的20種氨基酸可分成疏水、中性、親水基團，在計算它們之間相互作用能的基礎上，建立了蛋白質分子的HNP格點模型。還有學者采用PLS變量篩選法(是一種建立大數據模型有效方法)，在蛋白質一級結構中的二聯氨基酸與蛋白質二級結構的模型的基礎上，構建了蛋白質一級結構中的三聯氨基酸個數與蛋白質二級結構個數模型。數字人體建模包括:數字人體可視化模型、數字人體虛擬模型、數字人體數學模型、數字人體力學模型、數字人體信息模型、數字人體基因模型、數字人體蛋白質模型?？梢暬梭w和虛擬人體的研究已經取得了豐碩的成果，其它數字人體建模的研究雖然還處于初始階段、基礎階段，但已經取得了可喜的曙光，其前景十分廣闊。

作者：侯鵬高單位：皖北衛生職業學院