【中國投影網(wǎng)資訊】維爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的3D沉浸式技術(shù)幫助開創(chuàng)生物醫(yī)學(xué)研究視覺新高度

　　客戶：維爾康奈爾醫(yī)學(xué)院奧瓦里-賓-塔拉-賓-阿杜拉西斯-沃蘇王子殿下計算機生物醫(yī)學(xué)研究院
　　地點：紐約
　　行業(yè)/市場：生物醫(yī)學(xué)研究

　　要求：
　　需要高分辨率圖像來觀看大量體積、空間和拓撲數(shù)據(jù)集
　　要求適合無比狹小的空間

　　概述：
　　4個表面沉浸式環(huán)境，包括配套層
　　8臺1920x1080科視Christie Mirage HD3投影機
　　每個幕墻328萬像素
　　利用科視Christie Twist™精確、無縫邊緣融合
　　比SXGA分辨率高41%
　　跟蹤和交互設(shè)備，增強數(shù)據(jù)存在感

　　結(jié)果：
　　一流的3D科學(xué)研究圖像，包括分子建模、MRI和共聚焦圖像重建和基因圖譜建模
　　快速、正確的決策制定
　　與數(shù)據(jù)集更自然、更直觀的交互方法
　　全面了解生物醫(yī)學(xué)研究復(fù)雜機理
　　縮短新發(fā)現(xiàn)的時間
　　提供獨特的合作環(huán)境，幫助教學(xué)和探索過程

　　世界著名的醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究中心有望研究出偉大的成果。位于奧瓦里-賓-塔拉-賓-阿杜拉西斯-沃蘇王子殿下計算機生物醫(yī)學(xué)研究院的戴威德科弗里生物醫(yī)學(xué)信息中心采用了3D沉浸式技術(shù)。研究院的研究人員在該技術(shù)幫助指導(dǎo)下在大量不同的領(lǐng)域中進行探索發(fā)現(xiàn)，從對短時記憶背后的機理提出新見解到闡明柯卡因和多巴胺如何在細胞轉(zhuǎn)運蛋白中的神經(jīng)遞質(zhì)進行合成，再到收集癮君子父母的孩子大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育中有價值的縱向數(shù)據(jù)。

　　紐約維爾康奈爾醫(yī)學(xué)院成立于1898年，現(xiàn)在的紐約長老教會醫(yī)院是它的附屬醫(yī)院，是美國頂級臨床和醫(yī)療研究中心。除提供醫(yī)學(xué)學(xué)位外，維爾康奈爾還在維爾康奈爾醫(yī)學(xué)研究生院設(shè)置有生物醫(yī)學(xué)研究和教育博士學(xué)科點。維爾康奈爾與相鄰的洛克菲勒大學(xué)和紀念斯�。瓌P特琳癌癥中心合作組建了醫(yī)學(xué)博士學(xué)科點，讓學(xué)生們強化他們對教育、研究和病人護理三重任務(wù)的追求。這幾個機構(gòu)一起組建了一個專業(yè)面廣的三院聯(lián)合研究企業(yè)。

　　維爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的計算機生物醫(yī)學(xué)研究院的目的是在生物科學(xué)中實現(xiàn)計算機方法，如基因研究、分子建模、生物信息以及系統(tǒng)生物學(xué)。

　　為此，技術(shù)管理團隊與研究人員合作，取得下一代數(shù)據(jù)采集工具（如MRI和共焦顯微鏡）生成的3D數(shù)據(jù)集以及學(xué)院的超級計算機上計算生成的數(shù)據(jù)集，并將它們呈現(xiàn)在沉浸式3D環(huán)境中。結(jié)果得到了可以給研究帶來新視角的科學(xué)的可視化－在那里，研究人員可以非常快速地分析并得出結(jié)論，這用傳統(tǒng)的研究方法是不可能實現(xiàn)的。分析2D信息（如片段數(shù)據(jù)）會耗費幾天、幾周或幾個月的研究時間，還不一定能得到同樣全面的結(jié)論。

　　“我們采集數(shù)據(jù)集并以桌面上無法實現(xiàn)的方式將它們呈現(xiàn)出來。這可幫助您想象出以其它方式怎么也無法想象的事情，因為您極其快速地得到巨大的圖像，無需從無聯(lián)系的信息片段進行推測，”ICB的系統(tǒng)管理員Vanessa Borcherding解釋道�！耙幻�研究人員可以將一個試驗?zāi)Ｐ蛶У?D空間進行共享、教學(xué)和合作�？傻玫綇V闊的視野，并看見詳細的相互聯(lián)系。采用沉浸式技術(shù)和可視化，您可以挑戰(zhàn)幫助進一步理解的假設(shè)和總體發(fā)現(xiàn)過程。

　　圖像科學(xué)在醫(yī)學(xué)的各種領(lǐng)域起著越來越重要的作用。維爾康奈爾可視化實驗室是世界上第一個高清3D虛擬逼真環(huán)境。它使用目前最高分辨率融合的圖像，投射在三面墻和一個配套層上。由主要使用者佩戴的互動跟蹤裝置與手持式電子操縱桿配合操縱圖像，讓多名研究人員同時在三維數(shù)據(jù)集或結(jié)構(gòu)中“遨游”。他們能夠以幾乎無限的視角探索和操縱自己的模型，體驗一種使用計算機桌面無法匹敵的無與倫比的沉浸感。

　　在CAVE內(nèi)，圖像非常出眾。數(shù)據(jù)模型的各個角度的高清視圖環(huán)繞著研究人員。輕輕地動一下手腕就可改變圖像。圖像的元素被分層堆積在一起、分隔開來并選擇性地從屏幕上完全移走，以揭示相互之間的連通性。點擊一下就可放大圖像，直到科學(xué)家真實地站在他們的數(shù)據(jù)里面，能夠在用其它方法永遠也看不到的景色和通道中穿行。它是對技術(shù)無與倫比地使用，已經(jīng)引起了其它幾個醫(yī)學(xué)院校的興趣，他們正在考慮投資類似的技術(shù)。

　　來自維爾康奈爾醫(yī)學(xué)院和哥倫比亞醫(yī)療中心的一個研究團隊合作進行一項科學(xué)研究，利用ICB的CAVE來確定抗抑郁藥品、柯卡因和安非他明怎樣與腦細胞交相感應(yīng)。研究人員說：他們的突破性研究可能會為大批精神疾病的治療提供更有針對性的藥物治療鋪平道路，尤其是成癮方面的疾病。

　　“這些發(fā)現(xiàn)非常清楚，詳細到了分子行為的級別，它們對揭示情緒失調(diào)和神經(jīng)現(xiàn)精神疾病的更有效的治療非常有價值。

　　為了擴充能力以研究大腦，科學(xué)應(yīng)用專家Luis Gracia博士使用哈佛開發(fā)的軟件創(chuàng)建了一個全自動數(shù)據(jù)管線來拍攝2D MRI圖像或片段，并將它們重顯為全分段的3D電腦視圖�？梢詫⑸鷦拥膱D像進行扭曲和轉(zhuǎn)動，并可為了靠近觀察而放大到特別大的尺寸，以至于人被淹沒在大腦各區(qū)的色彩繽紛的、詳細分段視圖中。從這種虛擬模型中，研究人員仍能找出大腦發(fā)育不全的區(qū)域。

　　“采集2D數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成3D物體以快速作出決定的能力是此實驗室特有的，”Borcherding評論道�！八�是做事情的更自然、直覺的方法。使用2D技術(shù)，您得不到對數(shù)據(jù)的身臨其境的感覺 – 確切地說是在您的數(shù)據(jù)中漫游的能力。它是不可思議的漂亮迷人的可視化方法。”

　　維爾康奈爾的科弗里中心是生物醫(yī)學(xué)研究機構(gòu)中唯一的這類實驗室�？梢暬�中心從基礎(chǔ)開始設(shè)計，其創(chuàng)建主要歸功于David Cofrin博士的慷慨捐助，他與Harel Weinstein博士具有同樣的想法，想建造一個實驗室以一種其它方式無法實現(xiàn)的方式對信息進行可視化，Weinstein博士是生理學(xué)和生物物理學(xué)Maxwell M. Upson教授以及生理學(xué)和生物物理學(xué)系的主任，也是該研究院的院長�？梢暬�中心是奧瓦里-賓-塔拉-賓-阿杜拉西斯-沃蘇王子殿下計算機生物醫(yī)學(xué)研究院中的科弗里生物醫(yī)學(xué)信息中心的一部分。

　　實驗室的沉浸式CAVE（計算機輔助虛擬環(huán)境）由8臺科視Christie Mirage HD3投影機投射－是行業(yè)中第一個具有主動立體能力的默認1920x1080 HD分辨率3片式DLP?投影機。這種投影機分辨比以前的投影技術(shù)高41%，可輸出超級3D圖像，用于分子建模和生物醫(yī)學(xué)研究的其它數(shù)據(jù)密集領(lǐng)域。

　　CAVE分辨率非常高－每個融合幕墻的象素數(shù)為1920x1920，整個CAVE可解析多達14.74M象素。采用極其小巧的設(shè)計，總占地面積（包括出入留余地）為25英尺寬X20英尺深X11.5英尺高。每個幕墻兩臺投影機，利用科視Christie Twist™融合技術(shù)和科視的備選黑夜景觀光學(xué)融合創(chuàng)造無縫密合的圖像。系統(tǒng)使用100%數(shù)字信號傳輸，視頻信號路由全部通過Cat-5e完成，可讓信號從數(shù)據(jù)中心發(fā)送出去，設(shè)施對其影響極小。

　　科視在安大略省基奇納的制造工廠中對此解決方案進行了全面籌備。在籌備好解決方案、復(fù)制好圖像發(fā)生器且安裝好客戶配置軟件后，邀請維爾康奈爾進行工廠驗收，在將CAVE發(fā)給他們前進行查看和試用。

　　生理學(xué)和生物物理學(xué)系的研究人員Zeynep Hulya Gumus博士（其著作“煙草煙影響的基因表達和口腔黏膜白斑病細胞模型中細胞通路”發(fā)表在《癌癥防止研究》雜志2008年4月創(chuàng)刊號上）正在利用沉浸式可視化深入進行自己的工作。與生理學(xué)系助理教授和技術(shù)工程師以及管理CAVE實驗室的技術(shù)管理團隊主管Jason Banfelder合作，她正在利用Banfelder和ICB其它成員編寫的專用應(yīng)用程序來幫助搞清楚生物網(wǎng)絡(luò)可以創(chuàng)造的大量混亂的數(shù)據(jù)的含義。

　　“用于基因和蛋白質(zhì)的分子交互作用網(wǎng)絡(luò)是我們理解正常細胞活動以及患病狀態(tài)的基礎(chǔ)，在藥物發(fā)現(xiàn)和生物標志識別有重要的用途。

　　“大而復(fù)雜的生物網(wǎng)絡(luò)的可視化在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性，但回報也是相當大的，因為有效的可視化方法可以帶來對生物醫(yī)學(xué)研究中復(fù)雜的機理的全面、直觀和融會貫通的理解，縮短發(fā)現(xiàn)和診斷所用的時間。我們正在進行的研究是用CAVE技術(shù)解決這個困難，以使我們能夠識別大的交互作用網(wǎng)絡(luò)的要素，展現(xiàn)對基本生物的洞察力，并建議潛在的藥物目標。

　　作為世界著名的醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究中心，維爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的戰(zhàn)略定位是培養(yǎng)未來的醫(yī)生和科學(xué)家。研究生院招生和員工招聘是維爾康奈爾的重要任務(wù)。由于在其可視化中心有了高清3D沉浸技術(shù)，學(xué)院提高了吸引高素質(zhì)學(xué)生和研究人員的能力，提供了在生物醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域的進行合作和將成果應(yīng)用到醫(yī)療中的更多的機會。