首页|行业资讯|企业名录|周边产品|数字城市|增强现实|工业仿真|解决方案|虚拟医疗|行业仿真|图形处理|军事战场
资讯首页
行业资讯 >> 业内动态>>正文
论医学地理信息科学与技术的发展
2016年1月27日    评论:    分享:

    4. 医学地理信息科学发展与面临的挑战

    以“地理环境”与“人”为研究对象的医学地理学,与地理信息科学与技术的结合过程中,对于地理信息科学基本理论与技术上的发展,也提出了挑战。

    地理信息科学与技术,目前对于宏观尺度上与疾病相关的自然地理生态环境与要素的监测与分析等相关研究与实践,比较活跃,已具有一定的基础。但是微观自然地理环境监测、社会地理环境中的社会关系网络、面向“人”(个体与群体)的社会活动、公共卫生事件应急响应复杂性问题的处理方法与技术、以及数字地球与数字人体的互动等在地理信息科学研究领域中,目前研究还相对薄弱。所以,医学地理信息科学,需要发展面向动态、微观自然地理环境、社会关系网络环境、“人”为核心、以及复杂性问题处理等的相关信息理论与技术。

    4.1 微观生态地理环境监测

    自然疫源性疾病如血吸虫、疟疾、出血热等,其传播及流行与当地的自然、社会环境密切相关,找出传染病与自然、社会因素的内在联系,是控制其流行的关键,采用遥感技术可以对病原宿主生态环境进行监测。

    随着高分辨率对地观测体系(高分辨率卫星遥感、低空航空飞机\超低空无人机遥感等)的建立,许多与环境变化有关的微观生态地理环境都可以通过遥感技术被获取,使遥感技术在原来很难涉及的卫生领域的应用越来越广泛。

    无 线 传 感 器 网 络 ( Wireless Sensor Network,WSN)是由监测区域内微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者(孙利民,2005)。

    WSN 可携带具有众多类型的传感器,能广泛应用于地质灾害、军事、环境、医疗、家居、工业、商业等领域(马保国,2008)(杨树森,2008)。采用无线传感器网络技术,可以作为卫星/航空遥感技术的补充,获取微观生态地理环境参数,例如温度、湿度等环境信息(宫鹏, 2007)。

    基于多源多空间分辨率遥感以及无线传感器网络等技术,可以建立天-空-地一体化观测网络,为微观生态地理环境提供全天候全方位的监测。将传感器获得大量微观生态地理环境资料与当地疾病及宿主动物分布调查结果一起进行综合分析,可以了解疾病传播的危险因素,确定疾病传播的地域,阐明疾病流行的强度和特征,建立预测模型,预测其发展趋势,为制定适宜的防治措施提供依据。

    4.2 面向“人”的数据采集与获取

    在面向“人”GIS 的研究中(龚建华,林珲,2006)(龚建华,2008)(Miller,2007),“人”主要包括个体、群体、组织等主体。疾病的传播,与人的社会活动与流动等密切相关。但是,关于“人”的相关信息获取是一个关键与难点。面向“人”的 GIS,将以现实生活世界中人的社会与生产活动行为(身体活动、生产活动等)、人与人的交往与关系作为研究对象,由于人的智能性、移动性,人的行为主动性、多样性与复杂性,人与人社会关系的不可见性与复杂非线性,以及人类社会的稳定、伦理与隐私权保护等,导致了关于“人”的信息采集与获取具有一定的难度。目前,主要依靠传统上的现场社会调查、政府社会经济人口统计等手段获取,但是关于“个体”、“群体”的活动行为等信息的获取,传统 GIS 中关注较少(龚建华,2008)。

    基于 GPS 的个体行为时空数据采集、基于高分辨率遥感影像以及视频内容等的“人”以及行为的相关信息提取,以及Goodchild讨论的在以网络Web2.0的信息社会世界(Goodchild, 2008),人(市民)作为传感器采集信息的方法(Citizens as Sensors)(Goodchild, 2007)等,都是目前利用信息技术获取“人”相关信息的重要研究手段与研究前沿。

    4.3 基于社会关系网络的疾病模拟

    人类真实世界中的许多复杂系统,都可以使用网络的形式来进行描述,例如社会关系网络、计算机互联网络、公路交通网络、细胞网络、语言学网络等。自从 Watts &Strogatz(1998)提出了小世界(Small-World)网络模型,Barabási & Albert(1999)提出了无标度(Scale-Free)网络模型之后,国际上关于复杂网络的研究掀起了一股热潮,其中重要的一个应用领域就是传染病传播的研究工作。由于传染病与人类的社会活动息息相关,其传播路径与特征等也由人类和社会组成的一个庞大复杂网络所描述,复杂网络的理论与方法可以很好地用以传染病传播模型的建立与分析。

    社会网络(Social Network)是由个体或组织节点组成的社会结构。节点与节点之间的链接表示节点之间的某种社会关系。社会网络对于个体或组织相互社会关系表达、个体或组织在网络中的作用与位置、任意两个个体或组织之间的相互连接远近等研究有重要的价值,同时可应用于传染病传播与控制措施研究(Sui, 2007)(Bian and Liebner,2007)、交通/能源/通信网络模拟与分析、虚拟社群/社区关系分析、数据挖掘与关系分析等领域。基于社会网络的传染病传播研究,也刚起步,目前越来越受到大家的关注。

    林国基等(2003)基于小世界模型研究 SARS传播;Barrett et al. (2005)基于 EpiSims系统以及社会网络开展天花(smallpox)的传播模拟研究;Bian and Liebner(2007)基于白天、晚上两个社群以及建立的相关社会网络关系,对于疾病在人群中的模拟进行了初步的研究与虚拟试验分析等。

    GIS 作为对社会关系网络的一个补充,将社会关系的抽象拓扑结构扩展到时空维度的层面。从空间角度来考虑,把城市或建筑物等空间实体看成是网络中的节点,连接各空间实体之间的道路看成连接节点的边。

    从时间角度来考虑,把网络节点的行为动作分布到时间序列上,重新定义社会关系网络的时空特征。GIS 与社会关系网络相结合应用于疾病传播模型的研究之中,可以更加准确地描述模型中的传播个体的行为准则,以及疾病传播的时空路径,体现其在时空维度上的传播特征。结合 GIS 和社会关系网络的对于疾病传播数据挖掘及模拟研究将成为一个疾病传播研究新方向。

    4.4 基于个体的疾病模拟

    目前的基于 GIS 的传染病研究,均是在一个比较宏观尺度上对传染病数据进行的统计分析或者统计模拟实验。传统的将人群作为一个均质整体的建模方式(population based models),Bian(2004)认为有如下不足:所有的个体都是同质的,所有的个体与个体之间是相互作用的(也即相互作用无差异),模型假定人群是非空间分布差异的(仅考虑了时间维)。所以,基于个体考虑时空活动行为的疾病传播建模方式,目前受到学界专家的重视。

    基于个体的活动行为时空表达,在时间地理学(Time Geography)以及交通 GIS 中有较深的研究。Hagerstrand(1970)从人的移居模式,提出了时空路径概念(space-time path)来表达单个人在时空环境中的活动行为。Miller(1991)基于 Hagerstrand 的时空模型理论提出了时空棱柱概念(space-time prism)及其在交通 GIS 中的应用原理。但是,上述研究主要针对移动的“个体”单独的时空行为研究,对于个体交互事件或人群事件的时空过程研究则较少涉及。在计算机虚拟现实与智能体模拟研究领域,关于人群模拟(Crowd Simulation)已有较多的研究(Thalmann and Musse,2007)。人群模拟主要是应用计算机模拟一群人的活动行为,例如群人行走、有目标的人群行为(例如军队模拟等)、突发事件下的建筑物逃生、人群疏散行为等。

    借鉴时间地理学与计算机领域人群模拟研究成果,从地理信息科学中“人-地”关系角度,建立基于个体的“人”与“地”的一体化时空模型,从人的出行活动行为与人之间的接触行为过程研究疾病在人群中的时空传播规律。

    4.5 复杂性方法与公共卫生事件应急研讨厅

    体系基于生态地理环境的公共卫生系统,是一个复杂性的开放巨系统,公共卫生事件,如 SARS 等疾病的发生、传播与控制等,都与人的不断认识、反应、应急响应与采取的控制措施、效果评估、以及反馈调整等密切相关。发生公共卫生事件的复杂性系统与问题处理需要具有复杂性方法以及相应的技术手段。

    在 80 年代末、90 年代初钱学森等(1990)先后提出了处理复杂性问题的“从定性到定量综合集成方法”以及“从定性到定量综合集成研讨厅体系”。研讨厅体系其实质是要将专家群体、数据和各种信息与计算机网络、仿真有机地结合起来,把有关学科的科学理论与人的经验、知识结合起来, 采取人机结合、以人为主、发挥群体集聚智慧的方式对开放的复杂巨系统的有关问题进行研究和处理。这里所谓的“厅”就是把专家们和知识库、信息系统、人工智能系统、高性能计算机像作战指挥厅那样组织起来,成为巨型的“人机结合”的智能系统。

    基于研讨厅体系方法,集成医学地理信息技术与平台,建立公共卫生事件应急研讨厅体系,是医学地理信息科学重要的研究与建设内容,对于科学应急与响应具有重要的意义。公共卫生事件应急研讨厅体系的技术建设,应该基于天地人机信息一体化网络系统(马蔼乃,2005)、数字地球(Gore,1998)、分布式虚拟现实以及支持野外移动的普适计算等技术框架。针对 5.12 汶川地震灾后的应急与重建,基于多源卫星遥感、超低空高分辨率无人机遥感、无线网络传感器、移动空间信息采集、虚拟地理环境、协同研讨室等技术集成,我们初步研制了可以服务于汶川大地震公共卫生应急的虚拟研讨厅体系(龚建华等,2008)。

    4.6 数字地球与数字人体

    Good Child(2006)认为地理信息科学的研究,需要关注与其他空间(不一定是地理空间)科学互动。Sui(2007)关于 GIS与医学影像的问题,认为不远的将来 GIS 就会扩展到医学影像处理上的应用,并认为“GIS 与世界”的关系,与“医学影像(Medical Imaging)与人体”的关系相类似。

    我们在利用地理信息技术建立“数字地球”,实现现实三维、动态地球的信息化、虚拟化的同时,“数字人体”也在信息技术包括地理信息技术的支持下开始建设(Digital Human, 2009)(毕思文,2005),以实现人体系统的信息化、虚拟化。著名的三维可视化软件系统 VTK(VTK,2009)既可以处理医学中的三维人体器官的可视化重建,也大量广泛应用于地学中的地下三维可视化,两者在三维数据组织、三维图形绘制等很多方面具有共同的技术基础。南拉罗来纳州 Redlands 的 GeoHealth 公司基于 ArcView 开发了扩展模块 BodyViewer,用于人体信息的数字化管理、分析,以及扩展模块Patient Access,应用病人的地址编码,创建病人和医疗网络分布的关系图,以确保病人获得最有效的治疗渠道,上述两个系统已经在一家德克萨斯州公司的员工工伤数据分析得到了实用(ESRI,2006)。

    地理信息科学中关于地球的“数字地球”建设与医学中的关于人体的“数字人体”建设,在医学地理信息科学研究中,是否要建立连接、联通、互动等,值得思考与重视。

    数字人体建设中的三维虚拟可视化人的构建,以及人体物理、生理、生物化学乃至心理学过程的数字化重建等,对于“数字地球”的三维几何地球体、圈层耦合过程等的建设是否具有在思路、方法与技术上的启发意义?同样,地理信息科学中的遥感图像处理与医学图像处理是否可以互相借鉴?本文认为,医学地理信息科学,可以以“人”为界面与节点,连通微观到宏观层次的人体系统与地球表层系统,通过地理信息科学的“数字地球”与医学、生物学的“数字人体”的结合,开展跨学科的交叉研究,从而推进医学地理信息科学的创新与应用。

2
标签:医学地理
上一篇:离VR爆发还远:支持虚拟现实电脑占比不足1%
下一篇:基于Vega Prime的虚拟现实车辆智能运动模拟
网友评论:论医学地理信息科学与技术的发展
评论
留名: 验证码:
您可能还需要关注一下内容:
·论医学地理信息科学与技术的发展
·三维立体显示技术在医学诊疗中的应用
·三维虚拟地球的海洋信息适用性分析及原型研究
·海岛礁及周边复杂环境动态三维建模
·经鼻入路显露鞍旁结构的三维可视化研究
·国产“数字虚拟人” 撬开千亿级市场
·基于虚拟环境的黄河仿真系统构建
·用 GIS与虚拟现实技术模拟火灾过程
·虚拟现实于复健医学之运用
·地理信息科学研究进展
☏ 推荐产品

Ladybug5全景
商家:力方国际

ProJet®
商家:力方国际

ProJet®
商家:视科创新

Premium1.5
商家:视科创新

巴可HDX主动立体投
商家:德浩科视

巴可HDF-W26投
商家:德浩科视

巴可30000流明2
商家:德浩科视

巴可4万流明2K投影
商家:德浩科视
☞ 外设导航
☏ 企业名录
【广州】中科院广州电子技术有限公司
【北京】第二空间(北京)科技有限公司
【北京】幻维世界(北京)网络科技有限公司
【厦门】厦门惠拓动漫科技有限公司
【厦门】厦门幻眼信息科技有限公司
【深圳】深圳南方百捷文化传播有限公司
【北京】北京思源科安信息技术有限公司
【上海】上海殊未信息科技有限公司
【北京】北京赢康科技开发有限公司
【武汉】武汉科码软件有限公司
友情链接 关于本站 咨询策划 行业推广 广告服务 免责声明 网站建设 联系我们 融资计划
北京第三维度科技有限公司 版权所有 京ICP备09001338
2008-2016 Beijing The third dimension Inc. All Rights Reserved.
Tel:010-57255801 Mob:13371637112(24小时)
Email:d3dweb@163.com  QQ:496466882
扫一扫 第三维度
官方微信号