Science Daily — 美國國家衛生研究院（National Institutes of Health，NIH）同意撥款 2 百萬美金與來自壬色列理工學院（Renesselaer Polytechnic institute）的研究學者共同開發一套醫學成像系統的模型，藉以模擬病患真實的呼吸狀況。他們結合了 3-D 模型並導入第四象限，也就是時間之後，將可以大幅提昇其在治療肺癌與肝癌過程中放射療法的精準能力與效力。
圖1. A moving lung model of the 4-D VIP-Man. (Credit: Rensselaer/Xu)
核子及生物醫學工程教授 X. George Xu 與醫學工程副教授 Suvranu De 在德州聖安東尼奧的癌症治療與研究中心裡結合了各個臨床領域相互合作開發出了 4-D 虛擬仿真男子圖像模型（4-D Visible Photographic Man，簡稱 VIP-Man）。這個虛擬模型是 Xu 研究團隊進行 3-D VIP-Man 計畫時的一個衍生，它透過更進階的電腦模型來模擬在 3-D 空間下輻射線對於人體內的器官與組織造成的影響。
圖2. 利用 4-D 影像技術將身體內各個器官加以拆解之模擬圖（操作網頁：http://www.virtualphantoms.org/Eon/index.html）
「尚有氣息的病人並不是一個靜止的人體，此外，對於像是肺臟或心臟這些會不斷產生動作的器官來說，在放射治療中都會因為這些器官的同步運動讓腫瘤造影被干擾，」Xu 說到。「為了要精確的判讀並決定輻射治療劑量，醫生必須將呼吸功能、氣體體積變率等因素考慮進去，然而這些由生理因子所造成的影響往往左右了放射治療的結果。」
透過與靜態的外部輻射光束相對關係的即時模擬，能讓醫師們看到肺臟、肝臟、腎臟甚至是心臟的極小動量變化。在實際的手術中，可以增加醫師使用放射療法於移動腫瘤過程的信心。
「透過 4-D VIP-Man 讓醫師與醫學家們精確地預測並監測這些在解剖學上所發生的改變，使其在任何特定的時間內提供更有效率的治療。」Xu 說到。
圖3. VIP-Man (VIsible Photographic Man) is a computer code containing three billion voxels (a voxel is a 3-D pixel) of information.（圖片來源：http://www.eng.rpi.edu/magazine/w06/research_vip.cfm）
根據 Xu 表示，要做到四維的 VIP-Man 並不容易。最近 Xu 及 De 將重心放在靜態功能上。「使用更好的電腦工具，讓模擬肺臟運動變得可能；不過並不是即時的，」De 說到。「為了讓放射療法更有效率，以物理為基礎的實際性能表現將提供最終地解決辦法。」
這個計畫中關鍵性的挑戰在於開發一種根據真實組織所具有的生物功能性質的演算法，來創造於虛擬狀況下肺部以及鄰近組織在真實狀況下的運動狀態，De 說到。
Xu 期望這個以物理為基礎所創造出來的 4-D VIP-Man 模型最終能成為一種多功能的解剖學模型工具而用在生物醫學的使用上，並能幫助那些患有呼吸道與心臟疾病的病人身上。在此同時，Xu 亦持續的針對 3-D VIP-Man 進行研究工作，希望能創造出一群不同年紀與大小的虛擬病患 “家族”，不過這將透過 Consortium of Computational Human Phantoms （http://www.virtualphantoms.org）與其他研究學者一起合作。
共同參與這個研究的還包含先前在 Xu 研究團隊的學生，Chengyu Shi，他是一位臨床醫學物理學家，以及 Martin Fuss，他則是腫瘤放射學家，他們表示他們對於開發更好的放射療法來治療肺臟運動都深感興趣。Xu 聯絡 De，他使用 3-D VIP-Man 來模擬手術過程時的組織運動，同時也提出了將 3-D VIP-Man 提升為四維的構想。
圖4. 核子及生物醫學工程教授 X. George Xu 與他的 4-D VIP-Man（圖片來源：http://www.eng.rpi.edu/magazine/w06/research_vip.cfm）
從 1997 年起，Xu 就致力於研究 3-D VIP-Man 的工作，並使用由國家醫學實驗室（National Library of Medicine）提供的原型 Visible Human Project 數據，同時也由 NIH 以及 National Science Foundation CAREER 獲得大量的資金補助。新一季則由國家醫學圖書館（屬於 NIH 的一部份）獲得兩百萬美元的補助。
Note: This story has been adapted from a news release issued by Rensselaer Polytechnic Institute.
原始報導：
1. ScienceDaily：'Virtual Patient' To Simulate Real-time Organ Motions For Radiation Therapy
2. Rensselaer NEWS：VIP-Man (Visible Photographic Man) will greatly augment our understanding of how electrons, neutrons, and protons pass through human tissues.
相關連結：
1. The Consortium of Computational Human Phantoms (CCHP)
2. 4-D VIP-Man 虛擬實境操作（需安裝該網頁的指定軟體）：
3. 美國國家衛生研究院（National Institutes of Health，NIH）
4. National Library of Medicine