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摘要本文利用现代影像医学CT对40例18-40周岁的健康中国人头部、四肢及躯干等骨骼特征明显的部位，进行定位测量，采集点线面的三维数据，对人体CT平扫图像和三维图像进行数字化数据处理，进一步以身高为基础计算人体美学量化比例。
中图分类号：TB86文献标识码：A
Attempt on Collecting Healthy Adult Body Plane and 3D Data by CT
LIU Boyang[1], PAN Xiuyun[1], CHEN Mingxin[2], FU Liming[1]
([1]Art School, Jilin University, Changchun, Jilin 130012)
([2]China & Japan Union Hospital, Jilin University, Changchun, Jilin 130033)
AbstractUsing CT, the author measured the bone of head, arms, legs and body of 40 healthy people aging 18 and 40, and collected 3D data. The author processed the data of the plane scanned images and 3D images in digital way, and calculated the art proportion based on the height of people.
Key wordsart design; CT; human body; head; arms and legs; body
最早将医学与艺术完美结合的著名艺术家有达·芬奇和维萨利，他们不仅解剖人体绘制人体图谱，还将人体解剖数据利用数学公式化，从而丰富和完善了艺用解剖学，人类在艺术与科学的互动发展中，艺用解剖学对人类生理解剖学的丰富和完善同样也做出了巨大贡献。但是，目前在艺术设计领域所应用的人体数据主要来自于解剖学，虽然录影、摄像等能为我们提供一定的人活体表面的参考数据，但要更深层次地观察人活体内部结构以及精确测量人活体平面及三维数据，上述设备仍然无法完成。随着现代影像医学的进步，人们将计算机与医学X线扫描相结合形成数字化现代可视医学CT（Computed Tomography，电子计算机断层摄影）技术，CT不仅可以从平面观察人体，还可利用三维重建技术提供更精确的空间信息，并能够在活体成像下进行人体内部结构观察，并更为精确的定量数据采集，其精确测量可至0.01mm。虽然CT在医学上已经广泛应用，但利用CT采集人活体数据并应用于艺术设计仍缺乏研究，因此，我们利用CT对40例健康人进行活体数据采集，利用计算机进行数据处理，计算人体数据比例，为进一步将CT采集的人活体数据应用于人体艺术设计奠定基础。
1 资料与方法
2010年8月-2010年12随机选取吉林大学中日联谊医院门诊体检的40个健康志愿者进行扫描，其中男20例，女20例，年龄18-40岁，平均年龄为24.3岁，所有志愿者检查前均签署知情同意书。使用Toshiba Aquilion one 320层容积CT，在100-120kv及150mA，球管旋转时间0.5s条件下进行扫描，扫描剂量为12-16msv。扫面范围自足底至颅顶。结合计算机处理，获取并处理人体的数字化数据。对所有个体图像进行三维重建。在人体的某些部位，骨骼往往从根本上代表了这些部位的特征外形，如头部、四肢等，利用CT对这些部位进行骨组织重建，而对躯干等肌肉覆盖较明显的部位可以进行软组织重建，根据绘制的人体点线图在CT平扫和三维重建图像上进行测量。CT计算机后工作处理站可以对体征点和平面进行定位，采集人体重要点线面的三维数据，充分保证数据的精确性和可靠性。计量资料应用€眘表示，数据预处理主要有描述性分析、正态分布检验等分析方法。
2 测量的40例健康成年人体相关数据
本文采集的20例健康成年男子身高在1700mm-1760mm，平均身高1735.50mm（表1），20例健康成年女子身高在1600mm-1660mm，平均身高1628.00mm（表2）。男子头高平均228.8075mm，约占身高的13.2%（表3），女子头高平均243.7590mm，约占身高的15%（表4），男女的头高/身高比值有近1.8个百分点的差异，头高/身高比值的差异可能是男女性别差异的一个特征。除头部外，男女在大腿长度/身高比值方面也有高达1.6个百分点的差别，男子大腿长度平均461.2785mm，约占身高的26.6%（表3），女子大腿长度平均407.7820mm，约占身高的25%（表4），大腿长度/身高比值的差异可能是男女性别差异的另一个特征。
3 综述
将医学与艺术的完美结合，是文艺复兴艺术的一个代表，达·芬奇在生理解剖学上取得了巨大的成就，被认为是近代生理解剖学的始祖。他解剖人体并将人体的比例用数学公式作为标准细化。达芬奇解剖了30具不同性别年龄的人体，製绘了超过200篇人体图，他认为，人体解剖是了解人体结构与人体动态的钥匙，可使艺术真实地表现人体形态。另一位值得一提的是维萨利，他详细描述了人体解剖学，使解剖学成为一门科学，从解剖学入手，详尽地研究了人体各部分的构造。他最先采用蜡塑手段表现人脑内部结构，也是设想用玻璃和陶瓷制作心脏和眼睛的第一人。文艺复兴后，艺术家们把人体解剖学作为艺术必修的基础课，通过解剖尸体，观察人体骨骼和肌肉的构造，绘制详细的解剖图谱，并把解剖学知识运用到艺术实践中去，丰富和完善了艺用解剖学，并创造了历经几个世纪被人们赞叹不已的绘画和雕塑作品。
在艺术设计领域，医学解剖学发挥着重要作用。然而现在趋向人体写实的人偶玩具，却只注重华丽的外表修饰，大都以“整形似的”造型出现，千篇一律。造型上的相似并不代表这种艺术的权威，反倒使人感觉存在形态或是神态上“假”的现象。趋于人体比例的人形玩偶设计需要大量的人活体数据的支持，然而解剖学数据却来自于死亡后的人体，由于肌肉萎缩、脂肪体积缩小，失去了人活体的精确性与美感，这种不足也正是产生人活体研究需求的原因。艺术的活体形态观察主要局限于“模特”的使用，因此主要是外表的观察，如果人体艺术设计涉及人体内部结构时，这种观察就远远不够。为了弥补这种不足，人们建立了塑化人体艺术，也是解剖学与艺术的结晶，塑化可以使骨骼和肌肉完整不变形的保存，塑化后的神经也有一定弹性，微血管的塑化也很完美，但是皮下脂肪在塑化过程有相对明显的体积缩小，人的体长也可以缩小，因此，塑化艺术也不能完全反映人类活体特征。如何将现代医学知识用于艺术设计的活体数据测量上，则是现代艺术家应该探讨和重视的。
现代医学在过去30年取得了巨大的进步，尤其是以影像医学为代表的现代可视医学取得了长足发展，它可以帮助人们在不进行损伤的情况下直观定量地观察人体行为及人体深层次的结构和变化。张绍祥等从医学的角度建立数字化可视人过程中，利用CT、MRI对青年男性人体标本进行扫描。但目前尚未有利用CT进行活体数据并用于艺术设计的研究报告。然而现代影像医学的可视性不仅可以平面的、定量的观察和描述物体，更提供了一个立体的、全方位观察物体的机会，为我们提供了一份不可多得的可视性艺术观察工具。因此，如何应用现代医学尤其是影像医学中CT技术提供精确数据的优势及三维重建技术进行精确的人体数据采集，并用于人体艺术设计就成为现代艺术设计研究的新课题，人们不仅可以将解剖学与艺术结合，现代医学可视医学可能会更有效地发挥其在艺术观察和指导艺术设计方面的重要作用。
本研究中利用现代影像医学设备CT对18-40周岁的健康中国人进行观察，结合计算机处理，获取并处理人体的数字化数据。首先将人体绘制成重要的点线图。我们根据文献资料，选定了在进行人形玩偶设计时关键的点线距离，人体造型时结合不同个体的个性特征与共性特征展开研究。先采用对人体结构特征比较突出的骨骼点连线测绘的方式测量，再衔接人体各部共性特征结构点，以获取重要数据来确定人体具体形态，实验中重点采集的人体不同部位的结构特征性数据有：头高、上臂长度、上体长度以及下肢长度等。数据采集不仅可以在CT平扫图像上进行，还可以进行三维重建。三维重建技术主要有：表面遮盖显示(SSD)、多层面重建(MPR)、多层面容积重建(MPVR)、曲面重建(CPR)。在不同部位选用不同的重建方法，或结合使用几种，如在人体头部，利用CT可以进行骨组织重建算法，而对躯干等肌肉覆盖较明显的部位可以进行软组织重建，从而从根本上把握关键的活体数据。CT计算机后工作处理站可以对体征点和平面进行定位，并采集人体重要点线面的三维数据，充分保证了数据的精确性和可靠性，这也是现代数码艺术设计所必需的。现代数码艺术设计是伴随计算机发展而诞生的艺术设计形式，利用数码艺术可以进行影视、动漫以及游戏等设计，可以是平面也可以是三维立体的，以计算机为主设计的人体艺术同样需要大量的人活体数据作为本源，利用CT采集的数据不仅精准还可以个体数字化，将为数码艺术设计提供充分的资源。CT测定数据还可以结合艺术的审美观，计算人体美学的量化比例，为模拟人及人形玩偶的设计等提供数据支撑，还可以将数据存储，进一步探讨其在艺术领域的应用价值。
影像医学由于可以精确地采集活体数据，因此对大量活体进行数据的统计分析成为可能。不仅如此，它可以进行内部结构的观察，因此满足了艺术设计的真实性等诸多要求。应用影像医学尤其是CT与艺术结合，是现代医学在艺术领域绽放的一朵奇葩。但由于至今尚无相关研究可供参考，所有数据采集和应用都有待进一步探索；而且将CT观察到的数据进行数字化处理及分析，信息量大；CT三维重建技术专业性强，难度较大，需要艺术与医学工作者的相互配合。因此，探讨影像医学与艺术的融汇之路仍然漫长，但相信不久的将来影像医学将为艺术的发展提供更大的动力和支持，也会有更多的新奇之作展示在我们面前。
参考文献
[1]Qi J, Zhang X. Preprocessing of 3D body data before statistic analysis[J].J Textile Res, 2006.27(1):42.
[2]张绍祥等.第3例中国数字化可视人体数据集报告[J].第三军医大学学报,2003.25(15):1332.
[3]张宝才.人体艺术解剖学[M].辽宁美术出版社,1998.
[4]Guo RX, et al. Automatic localization of facial key-points for 3D face modeling[J].J Computer Appli, 2010.30(10):207.
[5]Tian QG, et al. Measurement of human figure size based on laser 3D scanning[J]. Optics Precision Engineering, 2007.15(1):84.
[6]Liu J, Qiu DW. Research on three-dimensional reconstruction of CT images and its application in the diagnosis of lumbar spondylosis[J].China Medical Herald, 2010.7(3):93.
[7]Zhang BQ, et al. Feasibility of spiral CT 3D reconstruction in the diagnosis of mandible fractures[J].J Practical Medical Imaging, 2006.7(5):292.
[8]Chen DM, et al. Application of spiral CT with multi-functional reconstruction in the evaluation of complex bone and joint trauma[J].J Practical Medical Imaging, 2007.8(2):89.
中图分类号：TB86文献标识码：A
Attempt on Collecting Healthy Adult Body Plane and 3D Data by CT
LIU Boyang[1], PAN Xiuyun[1], CHEN Mingxin[2], FU Liming[1]
([1]Art School, Jilin University, Changchun, Jilin 130012)
([2]China & Japan Union Hospital, Jilin University, Changchun, Jilin 130033)
AbstractUsing CT, the author measured the bone of head, arms, legs and body of 40 healthy people aging 18 and 40, and collected 3D data. The author processed the data of the plane scanned images and 3D images in digital way, and calculated the art proportion based on the height of people.
Key wordsart design; CT; human body; head; arms and legs; body
最早将医学与艺术完美结合的著名艺术家有达·芬奇和维萨利，他们不仅解剖人体绘制人体图谱，还将人体解剖数据利用数学公式化，从而丰富和完善了艺用解剖学，人类在艺术与科学的互动发展中，艺用解剖学对人类生理解剖学的丰富和完善同样也做出了巨大贡献。但是，目前在艺术设计领域所应用的人体数据主要来自于解剖学，虽然录影、摄像等能为我们提供一定的人活体表面的参考数据，但要更深层次地观察人活体内部结构以及精确测量人活体平面及三维数据，上述设备仍然无法完成。随着现代影像医学的进步，人们将计算机与医学X线扫描相结合形成数字化现代可视医学CT（Computed Tomography，电子计算机断层摄影）技术，CT不仅可以从平面观察人体，还可利用三维重建技术提供更精确的空间信息，并能够在活体成像下进行人体内部结构观察，并更为精确的定量数据采集，其精确测量可至0.01mm。虽然CT在医学上已经广泛应用，但利用CT采集人活体数据并应用于艺术设计仍缺乏研究，因此，我们利用CT对40例健康人进行活体数据采集，利用计算机进行数据处理，计算人体数据比例，为进一步将CT采集的人活体数据应用于人体艺术设计奠定基础。
1 资料与方法
2010年8月-2010年12随机选取吉林大学中日联谊医院门诊体检的40个健康志愿者进行扫描，其中男20例，女20例，年龄18-40岁，平均年龄为24.3岁，所有志愿者检查前均签署知情同意书。使用Toshiba Aquilion one 320层容积CT，在100-120kv及150mA，球管旋转时间0.5s条件下进行扫描，扫描剂量为12-16msv。扫面范围自足底至颅顶。结合计算机处理，获取并处理人体的数字化数据。对所有个体图像进行三维重建。在人体的某些部位，骨骼往往从根本上代表了这些部位的特征外形，如头部、四肢等，利用CT对这些部位进行骨组织重建，而对躯干等肌肉覆盖较明显的部位可以进行软组织重建，根据绘制的人体点线图在CT平扫和三维重建图像上进行测量。CT计算机后工作处理站可以对体征点和平面进行定位，采集人体重要点线面的三维数据，充分保证数据的精确性和可靠性。计量资料应用€眘表示，数据预处理主要有描述性分析、正态分布检验等分析方法。
2 测量的40例健康成年人体相关数据
本文采集的20例健康成年男子身高在1700mm-1760mm，平均身高1735.50mm（表1），20例健康成年女子身高在1600mm-1660mm，平均身高1628.00mm（表2）。男子头高平均228.8075mm，约占身高的13.2%（表3），女子头高平均243.7590mm，约占身高的15%（表4），男女的头高/身高比值有近1.8个百分点的差异，头高/身高比值的差异可能是男女性别差异的一个特征。除头部外，男女在大腿长度/身高比值方面也有高达1.6个百分点的差别，男子大腿长度平均461.2785mm，约占身高的26.6%（表3），女子大腿长度平均407.7820mm，约占身高的25%（表4），大腿长度/身高比值的差异可能是男女性别差异的另一个特征。
3 综述
将医学与艺术的完美结合，是文艺复兴艺术的一个代表，达·芬奇在生理解剖学上取得了巨大的成就，被认为是近代生理解剖学的始祖。他解剖人体并将人体的比例用数学公式作为标准细化。达芬奇解剖了30具不同性别年龄的人体，製绘了超过200篇人体图，他认为，人体解剖是了解人体结构与人体动态的钥匙，可使艺术真实地表现人体形态。另一位值得一提的是维萨利，他详细描述了人体解剖学，使解剖学成为一门科学，从解剖学入手，详尽地研究了人体各部分的构造。他最先采用蜡塑手段表现人脑内部结构，也是设想用玻璃和陶瓷制作心脏和眼睛的第一人。文艺复兴后，艺术家们把人体解剖学作为艺术必修的基础课，通过解剖尸体，观察人体骨骼和肌肉的构造，绘制详细的解剖图谱，并把解剖学知识运用到艺术实践中去，丰富和完善了艺用解剖学，并创造了历经几个世纪被人们赞叹不已的绘画和雕塑作品。
在艺术设计领域，医学解剖学发挥着重要作用。然而现在趋向人体写实的人偶玩具，却只注重华丽的外表修饰，大都以“整形似的”造型出现，千篇一律。造型上的相似并不代表这种艺术的权威，反倒使人感觉存在形态或是神态上“假”的现象。趋于人体比例的人形玩偶设计需要大量的人活体数据的支持，然而解剖学数据却来自于死亡后的人体，由于肌肉萎缩、脂肪体积缩小，失去了人活体的精确性与美感，这种不足也正是产生人活体研究需求的原因。艺术的活体形态观察主要局限于“模特”的使用，因此主要是外表的观察，如果人体艺术设计涉及人体内部结构时，这种观察就远远不够。为了弥补这种不足，人们建立了塑化人体艺术，也是解剖学与艺术的结晶，塑化可以使骨骼和肌肉完整不变形的保存，塑化后的神经也有一定弹性，微血管的塑化也很完美，但是皮下脂肪在塑化过程有相对明显的体积缩小，人的体长也可以缩小，因此，塑化艺术也不能完全反映人类活体特征。如何将现代医学知识用于艺术设计的活体数据测量上，则是现代艺术家应该探讨和重视的。
现代医学在过去30年取得了巨大的进步，尤其是以影像医学为代表的现代可视医学取得了长足发展，它可以帮助人们在不进行损伤的情况下直观定量地观察人体行为及人体深层次的结构和变化。张绍祥等从医学的角度建立数字化可视人过程中，利用CT、MRI对青年男性人体标本进行扫描。但目前尚未有利用CT进行活体数据并用于艺术设计的研究报告。然而现代影像医学的可视性不仅可以平面的、定量的观察和描述物体，更提供了一个立体的、全方位观察物体的机会，为我们提供了一份不可多得的可视性艺术观察工具。因此，如何应用现代医学尤其是影像医学中CT技术提供精确数据的优势及三维重建技术进行精确的人体数据采集，并用于人体艺术设计就成为现代艺术设计研究的新课题，人们不仅可以将解剖学与艺术结合，现代医学可视医学可能会更有效地发挥其在艺术观察和指导艺术设计方面的重要作用。
本研究中利用现代影像医学设备CT对18-40周岁的健康中国人进行观察，结合计算机处理，获取并处理人体的数字化数据。首先将人体绘制成重要的点线图。我们根据文献资料，选定了在进行人形玩偶设计时关键的点线距离，人体造型时结合不同个体的个性特征与共性特征展开研究。先采用对人体结构特征比较突出的骨骼点连线测绘的方式测量，再衔接人体各部共性特征结构点，以获取重要数据来确定人体具体形态，实验中重点采集的人体不同部位的结构特征性数据有：头高、上臂长度、上体长度以及下肢长度等。数据采集不仅可以在CT平扫图像上进行，还可以进行三维重建。三维重建技术主要有：表面遮盖显示(SSD)、多层面重建(MPR)、多层面容积重建(MPVR)、曲面重建(CPR)。在不同部位选用不同的重建方法，或结合使用几种，如在人体头部，利用CT可以进行骨组织重建算法，而对躯干等肌肉覆盖较明显的部位可以进行软组织重建，从而从根本上把握关键的活体数据。CT计算机后工作处理站可以对体征点和平面进行定位，并采集人体重要点线面的三维数据，充分保证了数据的精确性和可靠性，这也是现代数码艺术设计所必需的。现代数码艺术设计是伴随计算机发展而诞生的艺术设计形式，利用数码艺术可以进行影视、动漫以及游戏等设计，可以是平面也可以是三维立体的，以计算机为主设计的人体艺术同样需要大量的人活体数据作为本源，利用CT采集的数据不仅精准还可以个体数字化，将为数码艺术设计提供充分的资源。CT测定数据还可以结合艺术的审美观，计算人体美学的量化比例，为模拟人及人形玩偶的设计等提供数据支撑，还可以将数据存储，进一步探讨其在艺术领域的应用价值。
影像医学由于可以精确地采集活体数据，因此对大量活体进行数据的统计分析成为可能。不仅如此，它可以进行内部结构的观察，因此满足了艺术设计的真实性等诸多要求。应用影像医学尤其是CT与艺术结合，是现代医学在艺术领域绽放的一朵奇葩。但由于至今尚无相关研究可供参考，所有数据采集和应用都有待进一步探索；而且将CT观察到的数据进行数字化处理及分析，信息量大；CT三维重建技术专业性强，难度较大，需要艺术与医学工作者的相互配合。因此，探讨影像医学与艺术的融汇之路仍然漫长，但相信不久的将来影像医学将为艺术的发展提供更大的动力和支持，也会有更多的新奇之作展示在我们面前。
参考文献
[1]Qi J, Zhang X. Preprocessing of 3D body data before statistic analysis[J].J Textile Res, 2006.27(1):42.
[2]张绍祥等.第3例中国数字化可视人体数据集报告[J].第三军医大学学报,2003.25(15):1332.
[3]张宝才.人体艺术解剖学[M].辽宁美术出版社,1998.
[4]Guo RX, et al. Automatic localization of facial key-points for 3D face modeling[J].J Computer Appli, 2010.30(10):207.
[5]Tian QG, et al. Measurement of human figure size based on laser 3D scanning[J]. Optics Precision Engineering, 2007.15(1):84.
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[7]Zhang BQ, et al. Feasibility of spiral CT 3D reconstruction in the diagnosis of mandible fractures[J].J Practical Medical Imaging, 2006.7(5):292.
[8]Chen DM, et al. Application of spiral CT with multi-functional reconstruction in the evaluation of complex bone and joint trauma[J].J Practical Medical Imaging, 2007.8(2):89.