安德斯·因纳曼Anders Ynnerman:可视化技术应对医学数据爆炸
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0:00 - 0:04我首先给大家展示一个难题,
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0:04 - 0:07一个处理数据的难题,
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0:07 - 0:09处理这些
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0:09 - 0:11医学数据的难题。
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0:11 - 0:13这对我们来说真的是个很大的挑战。
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0:13 - 0:15这就是让我们头疼的大难题。
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0:15 - 0:17这是一台计算机X射线断层扫描仪--
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0:17 - 0:19也就是CT机。
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0:19 - 0:21这个是很棒的机器。
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0:21 - 0:23它使用X射线,X光束,
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0:23 - 0:26从四面对人体进行快速扫射。
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0:26 - 0:28通过这台机器的时间约为30秒,
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0:28 - 0:30之后,它能收集到
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0:30 - 0:32海量的信息。
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0:32 - 0:34从提高医疗质量的角度看,
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0:34 - 0:36这台机器
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0:36 - 0:38真是绝了。
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0:38 - 0:40但是,它也同时给我们出了个难题。
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0:40 - 0:43这个难题就在这张照片里。
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0:43 - 0:45我们现在面临着
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0:45 - 0:47医学数据爆炸的难题。
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0:47 - 0:49这个难题就摆在我们面前。
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0:49 - 0:51我们来回顾一下历史。
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0:51 - 0:54我们回到几年以前,看看当时的情况。
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0:54 - 0:56这些机器
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0:56 - 0:58从二十世纪七十年代开始被投入使用--
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0:58 - 1:00它们能够对人体进行扫描,
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1:00 - 1:02拍出100多张
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1:02 - 1:04人体的透视图。
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1:04 - 1:06恕我冒昧,为了让大家看得更明白,
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1:06 - 1:09我把这些数据转化成通俗的比方。
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1:09 - 1:11这些数据总共有大约50兆,
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1:11 - 1:13这不算大,
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1:13 - 1:16我们今天用普通移动设备处理的信息
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1:16 - 1:18要比这大得多。
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1:18 - 1:20如果你把这些数据转化成电话簿,
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1:20 - 1:23那么你会得到高达一米的一堆电话簿。
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1:23 - 1:25再看看我们今天
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1:25 - 1:27所使用的这些机器,
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1:27 - 1:29我们可以在短短几秒钟内
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1:29 - 1:31得到24000张人体透视图。
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1:31 - 1:34这相当于20千兆的数据,
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1:34 - 1:36或800本电话簿。
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1:36 - 1:38这些电话簿堆起来足有200米高。
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1:38 - 1:40接下来会发生什么呢--
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1:40 - 1:42我们所看到的,是一个开始--
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1:42 - 1:44一种技术的发展趋势,
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1:44 - 1:47我们开始考虑耗时的问题。
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1:47 - 1:50我们甚至可以捕捉人体的动态。
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1:50 - 1:52试想一下,
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1:52 - 1:55我们在5秒钟内收集的数据,
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1:55 - 1:57大小为一百万兆。
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1:57 - 1:59那相当于八十万本书
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1:59 - 2:01或一万六千米厚的电话簿。
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2:01 - 2:03这只是从一个患者身上采集的一组数据。
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2:03 - 2:05这就是我们面临的难题。
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2:05 - 2:08一个巨大的挑战。
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2:08 - 2:11这里有两万五千个图像,
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2:11 - 2:13试想一下,
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2:13 - 2:15在过去,放射线专家是这样工作的。
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2:15 - 2:17那么今天,他们就得把两万五千张图放上去,
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2:17 - 2:20这样一张张地看:“第两万五千张,好了好了,
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2:20 - 2:22找到问题了。”
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2:22 - 2:24现在他们可不能这么做了;这是不可能的。
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2:24 - 2:27那么我们就必须使一点小聪明。
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2:28 - 2:30我们把这些图片整合在一起。
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2:30 - 2:33假设你把自己从各个角度切成簿片,
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2:33 - 2:36接着,再把这些簿片拼回去,
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2:36 - 2:38组成一个数据堆,再组成一个数据块。
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2:38 - 2:40这就是我们的工作。
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2:40 - 2:43我们把这千兆或百万兆的数据整合成这个数据块。
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2:43 - 2:45当然,这个数据块
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2:45 - 2:47只包含了被人体吸收了的
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2:47 - 2:49X光所呈现出的人体各个部位。
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2:49 - 2:51我们需要的是,找出一种方法
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2:51 - 2:54让我们看到,我们想要看到的部位,
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2:54 - 2:57同时把那些我们不需要看到的部分隐藏起来。
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2:57 - 2:59把数据转化为
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2:59 - 3:01这样的形式。
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3:01 - 3:03这是颇具挑战的。
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3:03 - 3:06而且是个艰巨的挑战。
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3:06 - 3:09使用计算机虽然能够更快更好地得到数据,
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3:09 - 3:11但是在得到几千兆
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3:11 - 3:13甚至上百万兆的数据之后
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3:13 - 3:15如何从中抽取有用信息,成了巨大的挑战。
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3:15 - 3:17我想透视心脏,
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3:17 - 3:19透视那些血管,肝脏,
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3:19 - 3:21在某些情况下,
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3:21 - 3:23我要看是否有肿瘤。
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3:24 - 3:26这时这个小宝贝给了我启示。
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3:26 - 3:28这是我女儿。
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3:28 - 3:30照片上是早上九点。
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3:30 - 3:32她正在玩电脑游戏。
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3:32 - 3:34她才两岁。
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3:34 - 3:36看她玩得眉飞色舞的。
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3:36 - 3:39她就是图形处理器
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3:39 - 3:42得到发展的原动力。
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3:43 - 3:45只要孩子们继续玩电脑游戏,
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3:45 - 3:47电脑制图的技术就会越来越好。
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3:47 - 3:49所以请大家回去以后多多鼓励自己的孩子打电脑游戏,
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3:49 - 3:51这对我帮助太大了。
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3:51 - 3:53这台机器
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3:53 - 3:55帮助我
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3:55 - 3:57分析医学数据。
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3:57 - 4:00我所利用的就是这些神奇的小设备。
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4:00 - 4:02时间倒退
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4:02 - 4:04到大概十年以前,
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4:04 - 4:06我得到赞助,
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4:06 - 4:08购买了第一台绘图电脑。
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4:08 - 4:10它是台巨大的机器,
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4:10 - 4:13由许多处理器,存储器等等组成的大柜子。
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4:13 - 4:16这台机器花了我一百万美元。
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4:17 - 4:20这台机器运算的速度跟我的iPhone差不多。
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4:22 - 4:24每个月都有新的显卡上市。
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4:24 - 4:27这是商家最新推出的产品--
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4:27 - 4:30英伟达(NVIDIA),冶天(ATI),还有因特尔的产品也出来了。
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4:30 - 4:32花个几百美元,
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4:32 - 4:34你就能把这些东西买到手,装到自己电脑上,
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4:34 - 4:37这些显卡能完成许多不可思议的事情。
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4:37 - 4:39这就是
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4:39 - 4:42我们控制医疗数据爆炸的法宝,
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4:42 - 4:44再加上一些
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4:44 - 4:46绝妙的演算--
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4:46 - 4:48精简数据,
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4:48 - 4:51提取研究用的相关数据。
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4:51 - 4:54接下来我会为大家展示我们的工作成果。
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4:54 - 4:57这是一组由CT机采集的数据。
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4:57 - 5:00这是一组完整的数据。
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5:00 - 5:03这是一位女性。你们能看到她的发丝。
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5:03 - 5:06还能看到她各个部位的结构。
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5:06 - 5:09你们可以看到她的牙齿以及里面的金属
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5:09 - 5:11在X光效果下的成像。
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5:11 - 5:14那是人造的部分。
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5:14 - 5:16但是通过使用,
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5:16 - 5:19装有标准显卡的普通电脑,
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5:19 - 5:21我就可以装入一个剪切平面软件。
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5:21 - 5:23所有的数据都在里面,
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5:23 - 5:26我可以进行翻转,从不同角度观察,
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5:26 - 5:29可以看到这位女性的问题是在哪里。
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5:29 - 5:31她的大脑有一处出血,
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5:31 - 5:33医生用一个支架对其进行修复,
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5:33 - 5:35那是一个金属钳锁紧了那根血管。
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5:35 - 5:37有了调节功能,
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5:37 - 5:40我就能自由决定哪些部分可以被隐去,
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5:40 - 5:42哪些部位可以凸显出来。
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5:42 - 5:44我可以看到头骨的结构,
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5:44 - 5:47好的,这位女性曾经做过开颅手术,
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5:47 - 5:49他们是从这个部位进去的。
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5:49 - 5:51这些都是非常精密的视图,
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5:51 - 5:53分辨率极高,
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5:53 - 5:55让我们看到了
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5:55 - 5:58现今标准显卡的真正能耐。
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5:58 - 6:00我们很好地利用了这个技术,
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6:00 - 6:03把大量的数据
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6:03 - 6:05压缩到这个系统里。
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6:05 - 6:07这是我们正在研究的应用之一--
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6:07 - 6:10这在世界范围内引起了不小的轰动--
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6:10 - 6:12这就是模拟验尸技术。
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6:12 - 6:14看着这庞大的数据群,
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6:14 - 6:17你们刚才看到我们能做全身扫描。
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6:17 - 6:20我们只要让整个人体通过CT机,
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6:20 - 6:23不到几秒钟,我们就能得到全身的数据。
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6:23 - 6:25这就是一次虚拟验尸。
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6:25 - 6:27你们可以看到我正在一层一层把画面剥开。
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6:27 - 6:30首先你看到的是包着裹尸袋的尸体,
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6:30 - 6:33接着,我把皮肤剥开-- 你们可以看见肌肉--
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6:33 - 6:36最后你们可以看见这位女性的骨骼。
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6:36 - 6:39现在,我想强调一下,
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6:39 - 6:41对以下图片中的死者,
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6:41 - 6:43我深怀敬意--
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6:43 - 6:45我将向大家展示几个模拟验尸的案例--
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6:45 - 6:47我向这些因暴力导致死亡的人们
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6:47 - 6:49表示敬意
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6:49 - 6:52我展示的是他们的验尸情况。
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6:53 - 6:55在法医鉴定的案例中--
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6:55 - 6:57在这几年里
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6:57 - 6:59在瑞典,我所在的地区
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6:59 - 7:01已经有大约400个案例
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7:01 - 7:03使用了
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7:03 - 7:05模拟验尸技术。
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7:05 - 7:08这是验尸的常规程序。
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7:08 - 7:10警察会决定--
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7:10 - 7:12案发当晚,
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7:12 - 7:15他们会决定,好,我们需要对这个案子进行尸检。
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7:15 - 7:18于是第二天早上,大概六七点钟,
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7:18 - 7:20尸体就会被放进裹尸袋
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7:20 - 7:22运到我们中心
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7:22 - 7:24然后穿过CT机。
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7:24 - 7:26接着,放射线专家会,病理学家
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7:26 - 7:28有时候还需要法医,
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7:28 - 7:30一起进行观察数据,
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7:30 - 7:32他们会进行综合分析。
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7:32 - 7:35之后,他们决定在实际的尸检过程中应该如何操作。
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7:37 - 7:39现在我们看一些案例,
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7:39 - 7:41这是我们第一批案例的其中之一。
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7:41 - 7:44你们可以看到数据群的细节;
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7:44 - 7:46清晰度非常高。
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7:46 - 7:48我们采用的演算法
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7:48 - 7:50让我们可以把细节放大。
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7:50 - 7:52它完全受你控制,
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7:52 - 7:54你可以翻转,在这些设备上
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7:54 - 7:56进行实时观察。
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7:56 - 7:58案情就不多说了,
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7:58 - 8:00这是一起交通意外,
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8:00 - 8:02一个司机酒后驾车撞倒了一位女士。
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8:02 - 8:05我们可以很清晰地看到她骨头所受的损伤。
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8:05 - 8:08颈骨断裂导致死亡。
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8:08 - 8:10这位女士被车轮碾压,
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8:10 - 8:12所以她的颈部
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8:12 - 8:14受到了严重损伤。
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8:14 - 8:17这是另一个案例,受害人被刀刺死。
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8:17 - 8:19这也展示了我们的技术。
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8:19 - 8:21我们能够轻易地让人体内的人造金属物体
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8:21 - 8:24显现出来。
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8:24 - 8:27大家可以看到死者牙齿里的人造物--
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8:27 - 8:29实际上是补牙的填充物--
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8:29 - 8:32我设定了显示金属的功能,
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8:32 - 8:34所以身体其它部位都变得透明了。
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8:34 - 8:37这是另外一宗暴力案件。这一处不是致命伤。
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8:37 - 8:39致命的几刀捅进了心脏,
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8:39 - 8:41凶手最后
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8:41 - 8:43把刀插进死者一只眼球里。
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8:43 - 8:45这是另一个案子。
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8:45 - 8:47研究刀伤
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8:47 - 8:49是很有意思的。
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8:49 - 8:52大家可以看到那把刀穿过了心脏。
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8:52 - 8:54我们可以很清楚地看到
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8:54 - 8:56空气从一头穿进另一头,
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8:56 - 8:59这在实地的常规标准尸检中是很难看到的。
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8:59 - 9:01在刑事案件的侦察中,
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9:01 - 9:03这对确定死者死因
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9:03 - 9:05帮助非常大,
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9:05 - 9:08在一些案件中,还能协助案件调查,
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9:08 - 9:10找到凶手。
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9:10 - 9:12这里还有一个很有意思的案例。
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9:12 - 9:14你们看那颗子弹,
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9:14 - 9:17它射在这人的脊椎骨上。
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9:17 - 9:20我们所做的是,把这颗子弹,处理成一个光源,
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9:20 - 9:22这样子弹是发光的,
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9:22 - 9:25这样便于我们找到这些碎片。
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9:25 - 9:27在进行肉体解剖时,
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9:27 - 9:29想要翻遍身体各个部位去寻找那些碎片,
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9:29 - 9:31是非常困难的。
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9:33 - 9:35今天我非常高兴,能够想大家展示
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9:35 - 9:38这样一个设备,
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9:38 - 9:40那就是我们的模拟尸检台。
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9:40 - 9:42我们根据前期的演算法,使用图形处理器
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9:42 - 9:45开发出了这个触控设备。
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9:45 - 9:47这就是这台仪器,
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9:47 - 9:50让大家看看它大致的样子。
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9:50 - 9:53它使用起来就像一个巨型iPhone手机。
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9:53 - 9:55你可以在这台仪器上
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9:55 - 9:58做任何的动作,
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9:58 - 10:02你可以把它看成一个巨大的触屏。
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10:02 - 10:04如果你在考虑买一个iPad平板电脑,
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10:04 - 10:07赶紧打住;这才是你真正想要的。
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10:07 - 10:10史蒂夫(苹果公司CEO),你可听好啦。
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10:11 - 10:13这才是个非常实用的小仪器。
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10:13 - 10:15如果有机会,你一定要试试。
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10:15 - 10:18这手感可是一流的。
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10:18 - 10:21它引起了不小的轰动,我们也在努力推广这个技术,
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10:21 - 10:23努力把它运用在教学当中,
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10:23 - 10:25但是,也许在将来,
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10:25 - 10:28我们会更多地将它运用在临床医学上。
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10:28 - 10:30你可以从YouTube网上下载这个视频,
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10:30 - 10:32如果你有意,可以把模拟尸检的信息
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10:32 - 10:35介绍给其他人。
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10:35 - 10:37好的,既然我们谈到了“手感”,
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10:37 - 10:39那我就让大家看看一些真正有“手感”的数据。
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10:39 - 10:41目前这还只能算是科学幻想,
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10:41 - 10:44因为我们现在要去到未来。
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10:44 - 10:47现在的医生还没有开始使用这些技术,
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10:47 - 10:49但是我希望他们未来可以用上。
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10:49 - 10:52大家看到屏幕左边的是一个触控装置。
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10:52 - 10:54这是一支机械笔,
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10:54 - 10:57在这支笔里装有高速步进电机。
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10:57 - 10:59我可以用它触发力反馈。
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10:59 - 11:01当我触碰模拟数据时,
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11:01 - 11:04这支笔会发出反作用力,于是我得到了反馈。
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11:04 - 11:06我们看一下这个案例,
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11:06 - 11:08这是一个活人的扫描数据。
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11:08 - 11:11我拿着这支笔,看着数据,
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11:11 - 11:13把笔伸进他的头部,
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11:13 - 11:15突然间,我感到了反作用力,
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11:15 - 11:17我能触到皮肤,
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11:17 - 11:19如果再用点力, 就能穿过皮肤,
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11:19 - 11:22感觉到里面的骨骼。
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11:22 - 11:24再用点力,就穿过了骨骼,
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11:24 - 11:27从耳部附近插进去,这里的骨头很软。
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11:27 - 11:30现在我触碰到大脑了,感觉挺粘稠的。
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11:30 - 11:32这技术真是绝了。
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11:32 - 11:35更绝的还在后面,这是一颗心脏。
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11:35 - 11:38这些新型扫描仪真是太棒了,
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11:38 - 11:40仅在0.3秒之内
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11:40 - 11:42我就能把这整颗心脏扫描下来,
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11:42 - 11:44仪器的时间分辨率非常高。
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11:44 - 11:46请大家看这颗心脏,
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11:46 - 11:48我播放一段录像。
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11:48 - 11:50这是克里万,我的一个研究生,
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11:50 - 11:52他正在研究这个项目。
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11:52 - 11:55他正在操作触感仪器,也就是力反馈系统,
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11:55 - 11:58他正在用笔触碰这颗心脏,
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11:58 - 12:00这颗心正在他面前跳动,
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12:00 - 12:02他可以清楚地看到心脏跳动的情况。
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12:02 - 12:04他拿着笔,靠近心脏,
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12:04 - 12:06他正在拿笔触碰心脏,
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12:06 - 12:09这样,他可以感觉到一个患者活生生的心跳。
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12:09 - 12:11然后他可以检查心脏的动态。
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12:11 - 12:13他还可以进入心脏,
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12:13 - 12:16感觉里面瓣膜的动态。
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12:16 - 12:19我认为这就是心脏外科手术。
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12:19 - 12:22我是说这能让外科医生做梦都偷笑,
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12:22 - 12:25因为你可以在动手术之前
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12:25 - 12:27先进入患者的心脏,
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12:27 - 12:29进行一次高清画质的模拟手术。
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12:29 - 12:31这真是太美妙了。
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12:32 - 12:35现在我们看到的科幻技术更加超前。
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12:35 - 12:38大家应该听说过功能性核磁共振成像技术。
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12:38 - 12:41这是一个很有意思的项目。
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12:41 - 12:43核磁共振成像被运用磁场,
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12:43 - 12:45电波频率
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12:45 - 12:48对大脑或身体其它部位进行扫描。
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12:48 - 12:50我们在用这个技术
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12:50 - 12:52获取大脑结构的信息,
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12:52 - 12:54不仅如此,我们还能测量
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12:54 - 12:57血液在含氧以及缺氧的状态下,
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12:57 - 13:00其磁属性的变化差异。
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13:00 - 13:02这意味着我们有可能
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13:02 - 13:04将大脑活动的情况反映出来。
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13:04 - 13:06这是我们目前正在研发的项目。
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13:06 - 13:09现在大家看到的是研发工程师马茨
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13:09 - 13:11他正在通过核磁共振成像系统,
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13:11 - 13:13他戴着眼镜。
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13:13 - 13:15从眼镜里他可以看到图像。
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13:15 - 13:18当他在受扫描的时候,我可以给他展示图像。
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13:18 - 13:20这有点吓人,
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13:20 - 13:22因为马茨看到的是这个,
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13:22 - 13:25他自己的大脑。
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13:25 - 13:27马茨正在使用大脑的这个部分。
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13:27 - 13:29可能他正在用右手做这个动作,
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13:29 - 13:31因为他的左脑的运动皮层
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13:31 - 13:33正在兴奋。
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13:33 - 13:35他可以看到同样的图像。
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13:35 - 13:37这些成像技术都是最新的。
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13:37 - 13:40我们在这方面的研究已经进行了很长一段时间。
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13:40 - 13:43这是马茨大脑的另外一次活动。
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13:43 - 13:46我们让马茨从100开始倒数。
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13:46 - 13:48于是他开始“100, 97, 94”
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13:48 - 13:50这样倒数。
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13:50 - 13:53大家可以看到这个处理数学的指令让他的大脑工作,
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13:53 - 13:55让整个大脑都活跃起来了。
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13:55 - 13:57这绝了。我们能够进行实时操作。
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13:57 - 13:59我们可以进行测试。我们可以给他下指令。
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13:59 - 14:01大家还可以看到他的视觉皮层
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14:01 - 14:03在他后脑的部位兴奋起来了。
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14:03 - 14:05这是因为他在看自己的大脑。
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14:05 - 14:07他同时
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14:07 - 14:09也在听我们的指示。
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14:09 - 14:11尽管信号处在大脑的深层部位,
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14:11 - 14:13但是它活跃部位可以显现出来,
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14:13 - 14:15这是因为所有的数据都在其中了。
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14:15 - 14:17一会儿大家会看到--
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14:17 - 14:19就是这里。 马茨,现在动一动你的左脚。
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14:19 - 14:21接着他开始动左脚。
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14:21 - 14:23持续了20秒钟。
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14:23 - 14:25忽然,这个部位活跃了起来。
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14:25 - 14:27这样我们看到这里的皮层运动区兴奋起来。
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14:27 - 14:29这真的非常神奇。
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14:29 - 14:31我认为这是个绝妙的工具。
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14:31 - 14:33结合我之前提到的内容,
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14:33 - 14:35我们可以利用这样的工具
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14:35 - 14:37去真正了解
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14:37 - 14:39神经元和大脑是如何工作的,
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14:39 - 14:42我们的技术可以做出非常高的画质
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14:42 - 14:45和极快的分辨率。
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14:45 - 14:47现在我们在中心的工作变得很有意思了。
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14:47 - 14:50这是一台计算机辅助断层扫“猫”仪(CAT)--
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14:51 - 14:53这是一头狮子
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14:53 - 14:56来自诺尔雪平当地的一家动物园。
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14:56 - 14:58她被送到中心,
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14:58 - 15:00注射了镇定剂,
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15:00 - 15:02接着被放进这台扫描仪里。
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15:02 - 15:05接着,我得到了这头狮子的全套数据。
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15:05 - 15:07我能得出画质非常高的图像。
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15:07 - 15:09我可以把这头狮子层层剥开。
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15:09 - 15:11可以看到她身体内部的情况。
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15:11 - 15:13我们一直在做这方面的实验。
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15:13 - 15:15我觉得在将来
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15:15 - 15:17会是非常有用的技术,
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15:17 - 15:20因为我们对动物解剖学知之甚少。
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15:20 - 15:23兽医们所得到的信息不够深入了。
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15:23 - 15:25我们可以对任何东西,
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15:25 - 15:27任何动物进行扫描。
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15:27 - 15:30唯一的缺点是体积问题。
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15:30 - 15:32这是一头熊。
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15:32 - 15:34把它弄进这台机器可真不容易。
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15:34 - 15:37这头熊非常憨态可掬,也很友好。
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15:37 - 15:40大家看,这是熊的鼻子。
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15:40 - 15:43你可能很想摸摸它,
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15:43 - 15:46但是当你改变效果,再看,
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15:46 - 15:48就得小心了。
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15:48 - 15:50至此,
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15:50 - 15:52我想要感谢
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15:52 - 15:54所有帮助我做出这些图像的人们。
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15:54 - 15:56这是许多人的辛劳换来的,
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15:56 - 15:59他们收集数据,进行演算,
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15:59 - 16:01编写软件。
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16:01 - 16:04感谢这些才华洋溢的工作人员。
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16:04 - 16:07我的人生信条是:我只雇用比我精明的人。
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16:07 - 16:09以上这些人大多都比我聪明。
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16:09 - 16:11非常感谢大家。
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16:11 - 16:15(众人鼓掌)
- Title:
- 安德斯·因纳曼Anders Ynnerman:可视化技术应对医学数据爆炸
- Speaker:
- Anders Ynnerman
- Description:
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今天的医学扫描技术在短短几秒内,就能帮助医生从一个患者身上得到上千张透视图和几百万兆的数据。但是,医生们如何分析并从中挑选出有用的信息呢?在TEDx哥德堡演讲上,科学可视化技术专家安德斯.因纳曼向我们展示了诸多精妙的--用于分析海量数据的新技术--包括模拟尸检技术,还带我们一瞥研发中的一些颇具科幻小说色彩的医疗技术。演讲中还穿插着许多医学视图。
- Video Language:
- English
- Team:
closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 16:16