视频游戏中模拟战斗、太空旅行和汽车盗窃体验的游戏，近年来在流畅性和细节方面达到了惊人的水平，创造了越来越逼真的虚拟世界。然而，在医学领域，医生和外科医生使用的图形更接近雅达利时代的粗糙、卡通图像，而不是《刺客信条》或《侠盗猎车手》等视频游戏。
加州大学洛杉矶分校的数学助理教授约瑟夫·特兰说，渲染虚拟逼真器官和软组织所需的计算能力对于大多数医生来说仍然不可用（除了少数能够使用超级计算机的医生），但它即将到来。
特兰设想在未来五年内，医疗专业人员将能够在手术前扫描患者，并创建他们身体的三维虚拟图像，这些图像可以存储在计算机中，并在进行真实手术之前用于练习。
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特兰说，组织、肌肉和皮肤具有弹性，行为像弹簧一样，它们的特性可以用经典的数学理论来表达。
为了开发患者的虚拟模型，医生必须使用磁共振成像 (MRI) 或计算机断层扫描 (CT) 来创建其组织和器官的几何表示。然而，这些扫描仪目前提供的信息是以数字形式表示的灰度阴影，这不足以创建准确的、真彩色的三维渲染。“这是一个数据处理问题，因为这些信息不是正确的格式，”特兰说。他还估计，即使要生成一个粗略准确的人体模型，现在也需要多达 20 名专业人员花费长达九个月的时间。
答案是什么？更快的计算机，以及改进的软件算法，这些算法可以解决具有未知元素和多个自变量的数学问题。特兰相信，这项技术将赶上对其提出的需求，研究人员必须为这项改进技术可用的那一天做好准备。“即使您现在没有八核处理器，您也可以使用大学里的大型计算集群来测试您的算法，”他说。他的一些同事甚至正在与芯片制造商英特尔合作，以确保他们的软件能够与未来几代英特尔技术兼容。
迄今为止，虚拟手术模型主要用于在重建外科手术中创建术前和术后图像。其他用途仅限于模拟特定的身体部位，例如器官、肌肉群或颅面畸形。在重建外科手术中，虚拟化已被用于绘制与脑瘫相关的运动障碍，使外科医生能够通过计算机重新排列患者的肌肉骨骼模型，以弱化较弱的肌肉，并强调较强的肌肉，然后再进入实际的手术室。以这种方式使用的虚拟手术也受到技术的限制，因为外科医生可用于这项工作的大多数计算机只能渲染相对粗糙的组织、肌肉和器官图像。“这是存在的，但规模有限，”特兰说。
作为一名研究生，特兰曾在纽约大学医学中心与整形外科医生考特·卡廷合作，使用计算机图形方法开发颅面畸形三维图像的统计描述，并提出矫正这些畸形的手术方法。卡廷使用每位患者的 CT 扫描，并使用计算机将这些图像映射到正常颅骨的图像上。
一旦硬件和软件可用，这项技术可能需要长达 20 年的时间才能被注重成本的医院和医疗保健系统广泛使用。但特兰说，最终，医生将可以使用各种工具，让他们能够根据计算机化的 MRI 和 CT 扫描模拟任何器官系统中的异常情况。