影片遊戲中模擬戰鬥、太空旅行和汽車盜竊體驗的遊戲，近年來在流暢性和細節方面達到了驚人的水平，創造了越來越逼真的虛擬世界。然而，在醫學領域，醫生和外科醫生使用的圖形更接近雅達利時代的粗糙、卡通影像，而不是《刺客信條》或《俠盜獵車手》等影片遊戲。
加州大學洛杉磯分校的數學助理教授約瑟夫·特蘭說，渲染虛擬逼真器官和軟組織所需的計算能力對於大多數醫生來說仍然不可用（除了少數能夠使用超級計算機的醫生），但它即將到來。
特蘭設想在未來五年內，醫療專業人員將能夠在手術前掃描患者，並建立他們身體的三維虛擬影像，這些影像可以儲存在計算機中，並在進行真實手術之前用於練習。
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特蘭說，組織、肌肉和皮膚具有彈性，行為像彈簧一樣，它們的特性可以用經典的數學理論來表達。
為了開發患者的虛擬模型，醫生必須使用磁共振成像 (MRI) 或計算機斷層掃描 (CT) 來建立其組織和器官的幾何表示。然而，這些掃描器目前提供的資訊是以數字形式表示的灰度陰影，這不足以建立準確的、真彩色的三維渲染。“這是一個數據處理問題，因為這些資訊不是正確的格式，”特蘭說。他還估計，即使要生成一個粗略準確的人體模型，現在也需要多達 20 名專業人員花費長達九個月的時間。
答案是什麼？更快的計算機，以及改進的軟體演算法，這些演算法可以解決具有未知元素和多個自變數的數學問題。特蘭相信，這項技術將趕上對其提出的需求，研究人員必須為這項改進技術可用的那一天做好準備。“即使您現在沒有八核處理器，您也可以使用大學裡的大型計算叢集來測試您的演算法，”他說。他的一些同事甚至正在與晶片製造商英特爾合作，以確保他們的軟體能夠與未來幾代英特爾技術相容。
迄今為止，虛擬手術模型主要用於在重建外科手術中建立術前和術後影像。其他用途僅限於模擬特定的身體部位，例如器官、肌肉群或顱面畸形。在重建外科手術中，虛擬化已被用於繪製與腦癱相關的運動障礙，使外科醫生能夠透過計算機重新排列患者的肌肉骨骼模型，以弱化較弱的肌肉，並強調較強的肌肉，然後再進入實際的手術室。以這種方式使用的虛擬手術也受到技術的限制，因為外科醫生可用於這項工作的大多數計算機只能渲染相對粗糙的組織、肌肉和器官影像。“這是存在的，但規模有限，”特蘭說。
作為一名研究生，特蘭曾在紐約大學醫學中心與整形外科醫生考特·卡廷合作，使用計算機圖形方法開發顱面畸形三維影像的統計描述，並提出矯正這些畸形的手術方法。卡廷使用每位患者的 CT 掃描，並使用計算機將這些影像對映到正常顱骨的影像上。
一旦硬體和軟體可用，這項技術可能需要長達 20 年的時間才能被注重成本的醫院和醫療保健系統廣泛使用。但特蘭說，最終，醫生將可以使用各種工具，讓他們能夠根據計算機化的 MRI 和 CT 掃描模擬任何器官系統中的異常情況。