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中国模拟人之父铸造仿真人恩惠民生

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肿瘤诊断治疗医学工程,高速运载工具安全工程,核电工程和军事工程等重大领域,涉及人体健康与安全,不可能用活体检测,那么,有没有替代品?人类的替身“仿真模拟人”的想法是20世纪40年代由美国原子弹专家,世界体模发明人S.W.Anlderson教授为评价日本原子灾难受者辐射损伤而首次提出并成功应用,让众多科学家纷纷步入理、工、医交叉的人体模型科技领域。鉴于技术原因,目前也只有美、英、日等少数国家掌握模拟人的关键技术。我国著名科学家林大全教授30年如一日,倾注心血历经艰辛,成功研究生产出具有中国自主知识产权的“中国仿真人”系列产品,使中国傲然跻身世界“仿真模拟人”研制的高端领域。

林大全是四川大学人机工程教授,国家级突出贡献专家,四川省及成都市优秀党员,我国仿真人体模型领域的开拓者和我国首具辐照仿真人体模型,首具高速运载工具安全假人,武器装备实验假人及智能测试系统的核心发明人,他提出了人体模型相拟性原理,模型制造技术,组织等效性评价方法,又是全息医学仿真模型的倡导和实践者。他研究的人体模型系列产品,被国际辐射剂量单位与测量委员会(ICRU)命名为“成都剂量体模”(chengdu Dosimetric phantoms),并向全世界推荐,林教授被海内外誉为“中国模拟人之父”。

傲然铁骨 致力兴邦

20世纪80年代,由于我国缺乏先进的体模测量方法,世界卫生组织(WHO)要求中国提供全国医疗照射频率及剂量水平,面对西方限制及中国发展模拟人空白,1982年,林教授在极为艰苦、几乎原始的条件下,开始了中国体模的科学“长征”。

林大全说:“1984年,我们科研经费断绝,仅在一个30平方米狭小阴暗的空间中要完成尸体解剖——材料合成——模具加工——总装试验是何等艰难!”研发中,四川省卫生厅支持1万元作为预研费,中国医科院项目总负责人张良安研究员千方百计动员全国卫生防护系统凑齐10万元预付金,在各部委和成都地区近100名志愿者,有钱出钱,有力出力,有知识出知识,为民兴利,为国争光的召唤下奋力工作,在近乎原始的条件下,靠坚定信念,团队拼搏经过1年3个月的研究实验,成功创造了中国第一个“天然骨非均匀辐射体模”。首批10具辐射体模供国内应用。

这具体模全部为中国人的人体参数,用国产等效高分子组织等效材料制成,可安装1500多个传感器。学科上体现了理、工、医结合的新思路:技术上用聚类——相关分折,曲面方程数学方法等来表征人体外形及脏器参数,用组织等效功能材料的理念,来设计高分子功能材料;用放射物理反应截面、质量密度,电子密度、有效原子序数的方法,来评价人体组织等效材料和体模的组织等效性;用现代制造技术理念激光定位,相嵌模具,低耗切割,探索出前所未有的制造方法:探索用仿生工程和计算机仿真预测和评价人体损伤及安全新思路。

“中国模拟人”的诞生,具有高度拟人性、民族特征性和民众参与住,可以说为“中国模拟人”研发应用及中国医疗水平的提高,精神上注入了一剂强心剂,增强了自信心和民族精神,物质上提供“人体替身”初型,技术上造就一不怕苦,二不伯死的能工巧匠。为今后发展奠定了基础。原四川省人大宋大凡主任,原四川大学卢铁诚校长等老同志,对团队鼓励与保护让林教授终身难忘!

“假人”家庭“人丁”兴旺

1986年,由林大全教授主持发明的“辐射防护体模”用于世界卫生组织“中国医疗照射频率和剂量水平”调查。20余次重大放射事故剂量摸拟,为1987年南京医用力速器超剂量照射,原国家科委主任方毅提辞“发展生命科学,造福人类”以资鼓励,并成功应用于白血病全身放射——骨髓移植治疗,已经治愈800余人。

随着现代科技的发展,仿真人体模型作为“人类替身,智能仪器”应用日益广泛,用于医学工程、安全工程,环境工程及军事工程。专家们共认,在医学上,是新的设备、新的方法的“第一批受试者”,保证医疗的安全性和可靠性,在高速运载工具中作为“第一批乘客”,检验安全、舒适性及生命保障系统的可靠性;作为核工程和核能源“第一批人员和居民”,确保辐射安全,作为自然灾害、重大事故的“第一批模拟受害者”实施模拟抢险、转移、救治;第一批病人,实施模拟医学教育,卫生宣传,团队训练。可见仿真人体模型在建造以人为本,安定团结、持续和谐发展的社会中,是重要的科学“试验工具、训练工具,教育工具”,也展现了未来社会智能机器人和仿生模拟人的完美结合的光明前景。20余年不懈的努力,林大全教授和他的团队,用科技和实际行动提供相关部门150余台各类体模或部件兑现了造福百姓、富国兴邦的夙愿。

多年来,林教授的发明,为国产大中型放射诊断治疗设备自主研发和应用提供了人体模型、剂量测试和验证系统,并为数家世界著名公司所采用。目前,他们的仿真模型在我国高校、医疗企业和研究院所,已在医学工程、仪器开发和操作训练、战地灾害、海关辑毒安检等成功运用。

1987年5月,林大全运送化工原料,途遇车祸,生命垂危,后经两个多月的奋力抢救脱离危险。带着伤残的肢体,免疫功能仅为正常人体的1/4,他毅然重返实验室继续攻关。功夫不负有心人,20余年,他先后创建了“人体模型相似性原理”,“准元素等效原子一分子设计及仿生生长成型方法”、“人体组织等效性判断及测试方法”、“整体成型和低耗切割工艺”,“体内外剂量分布智能测试系统”、“组织等效性预测及计算机仿真”等,并按不同需求,制作出了中国成年男性,女性的头颈,胸部病灶模拟、盆腔和肢体等,及辐射、超声、微波、热力学、力学、复合等效多种仿生功能材料,分获国家级、省部级科技进步奖等19项及世界优秀专利金奖世界优秀医药论文奖。

令人激动的是,1992年,国际辐射剂量单位与测量委员会(1CRU)将林大全主持研制批量生产的中国模拟人、仿真人体模型,冠名成都并记载在ICRU 48号报告中。这与其他国家模型有显著差异。国外模型都是以第一作者的名字命名,而林大全的模型是以成都命名,全称为“成都辐射剂量体模”(chengdu Dosimetric phantoms)。按照林大全的话说就是“成都剂量体模是党的领导、社会支持、团队合作的结果,不能贪天之功为已有。”林大全的最大愿望是人体模型能够标准化,系列化,商品化,早日为每年200万的肿癌患者,30多万交通事故伤害者,带来生还的福音。

精益求精 为国谋利

2001年,林教授和同仁产学研结合、军民结合,研究出透明弹性全身辐照人体模型的高端产品,模拟20余种器官系统,该产品亮相深圳

高交会就轰动一时。同年,林大全和各大科研院所合作,成立了成都方拓(Phantom)仿真技术有限责任公司,公司本着发展中国仿生材料及仿真人体模型技术,培养交叉学科人才,拯救生命,造福百姓的宗旨,跨入市场。促进传统描述性的医学提高到定性和定量的水平,把仿生工程与计算机仿真技术相结和促进学科交叉的发展。

2002年,林大全在国内首次成功研究出中国汽车安全碰撞假人,并初步应用于汽车安全测试。2004年,与相关单位合作成功研制出首具航空弹射救生假人。

2005年又成功研制出首具伞兵模拟假人和首具直升机抗坠毁假人。专家认为:在人体参数、仿生骨架、等效材料,特种加工,人体15环段质量、质心、转动惯量调整方面有重大的自主创新和突破,部分超过国外假人技术指标,为我国力学等效安全假人的研究开拓了新方向。

2010年又首次提出全息医学仿真模型观念,以期模拟多维信息(解剖时空,动态静态,能量传递,功能状态,损伤恢复等),并将这些理念成功应用于海难搜救假人,武器装备实验假人研发。

在体模智慧化方面,2005年林教授通过努力,研制了肿瘤“精确放射治疗人体模型”及配套的“无方向性半导体探测器”和“智能化剂量分布测试分析系统”,获国家监督总局科技一等奖,助推了我国放射治疗技术与国际接轨及我国高速运载工具安全工程的发展。2006年,开展了医学综合模拟实验假人的研究和国际合作,为我国的医学教育、抢险救灾、战地救护,辑私禁毒安检提供中国人自己的实验人体模型。

为了保证体模的等效性、结果的可靠性,组织等效性的判断和测量方法,是十分重要的关键技术,好比称量用的天平,长度测量的尺子,我们采用了“原子一分子一大分子的层次设计原理”,在辐射范围采用了元素等效,在电磁波范围采用偶极子等效,在力学范围采用了大分子的硬段一软段等效……为保证预测和实测的统一,采用了四结合一发展(模拟组织与材料比较测结合;静态和动态参数结合:计算机仿真预测与实测结合;微观、中观和宏观参数结合;性能设计、合成方法和物性预测结合)促进学科交叉和新兴学科的发展。

2008年汶川大地震发生后,由于暴雨、雷电和余震,使成都500平方米主厂房倒塌,他死里逃生面对坍塌的残墙和损坏的设备,毅然组织附近的工人、农民和学校国防预备生,重建家园。

面对地震灾害和金融危机,产品销售几乎为零。林大全提出“保存实力,学习培训、技术创新、迎接竞争”的口号,课题组和工厂实行半共产主义的生活,不发工资,集体开伙,经过一年的努力,完成了企业的技术改造。

遭遇地震后又面临2008年8月奥运会,国家急需“高能重离子组织等效材料”、“放射诊断-治疗固体水材料”和“精细胸部模型”。为此,林大全教授夜以继日,不辱使命最终以最快的速度研制成功,并首次在我国“重离子放射治疗新技术”中初步应用。

科技开花 收藏硕果

世界体模发明人S.W.Anlderson教授,国际医用人体模型委员会主席D.R.White博士,曾六次来华参观林教授的体模并曾高度赞扬,他所做的工作是对“世界体模技术发展,对肿瘤放射治疗、医学影像技术,安全工程的一大贡献”。为了让自己的技术开枝散叶,林大令教授参与了四川大学生物医学工程仪器、机电工程,人机与环境工程硕士点及测试计量技术与仪器硕士点、博士点和博士后流动站的建立,组建了四川省人机系统及仿生工程重点实验室。这一系列的举动,已使成都成为“中国模拟人”的摇篮和全国高校唯一专门从事仿生材料,仿真人体模型及相关的智能测试仪器的科研、生产、教学基地。也成为世界人体模型三大研发基地之一。

中国模拟人的研制成功,为我国放射治疗技术的推广,新型放射治疗设备的研发,先进的医学技术的推广应用提供了理论基础、试验条件和科学方法,必将有助中国医学领域整体的现代化水平;提高我国高速运载工具安全水平;核能及矿山安全工程的科学水平;提高我国武器装备、军事工程的创新能力和技术水准。林大全教授,作为中国科技界的代表,被海内外誉为“中国模拟人之父”、“中国当代名人”、“世界杰出成就人物”,面对光环,他从来没有自得,而是沉甸甸的历史责任,显得更为坦然。他说:“个人的贡献是微薄的,涓涓的流水才能汇成小河。中国模拟人的成功,其实就是中国科技人员爱国理想和现代技术结合的成果。人总要有理想,总要有点团队精神,知识可以学习,技术可以训练,设备可以制造,市场有待打开。我们虽历经艰难,不为理解,但我们仍无怨无悔!”任何创新的事物开初往往不为一些人理解,而他人认同或赞允是在成功之后!我最大愿望:能保留传承几代人努力获得的专项技术,造福子孙;团队拼搏献身精神鼓舞青年一代。

改革开放造就了科学创新的环境,自主创新提高了中国科技水平和竞争能力。科学发展观教育,正孕育中华民族的腾飞!

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