中國醫(yī)科大學 崔夢舸

醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展與應用

中國醫(yī)科大學 崔夢舸

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在50多年的發(fā)展歷程中，取得了豐厚的成果，與醫(yī)學和教育的融合為我們提供了新的機遇和挑戰(zhàn)。因此醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)是什么，醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)的存在價值都需要得到人們更加深刻地認識。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學教學、醫(yī)學實踐等領(lǐng)域得到廣泛的應用，發(fā)展前景一片光明。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)；醫(yī)學；相關(guān)應用；實踐

1 為什么需要醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)生于上世紀60年代，到目前雖然只有短短五十多年的歷史，但是虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展之迅速是令人震驚的，其取得的豐碩成果更是讓各個領(lǐng)域中的人在經(jīng)濟、文化以及日常生活中都感受到了翻天覆地的變化。虛擬現(xiàn)實與網(wǎng)絡、多媒體并稱為21世紀最具有應用前景的三大技術(shù)。相信要不了多久，虛擬現(xiàn)實技術(shù)就不僅僅只是在著名的公司中被展示，而是確確實實的被帶到了我們的家里。如同網(wǎng)絡發(fā)展的輝煌歷程一樣，這項技術(shù)也一定會在計算機發(fā)展的歷史上增添濃墨重彩的一筆，再次徹底改變?nèi)藗兊纳?，高科技的力量會讓人們的生活越來越豐富、越來越便捷。有關(guān)人士認為，20世紀80年代是個人計算機的時代，20世紀90年代是網(wǎng)絡、多媒體的時代，而21世紀則將是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的時代。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的時代已經(jīng)到來了，因此技術(shù)與學科的良好融合將為我們提供新的機遇與挑戰(zhàn)。其中，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與醫(yī)學和教育深入的融合能在很大程度上改變我國醫(yī)學高校及醫(yī)療服務行業(yè)的現(xiàn)狀，為醫(yī)學生們掌握豐富的醫(yī)學知識和熟練的實驗技能開拓一片新天地，為當前醫(yī)院的疾病診斷和治療方案提供技術(shù)基礎(chǔ)，為我國的醫(yī)療技術(shù)改革提供強大的驅(qū)動力。

2 什么是醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種基于可計算信息和最新傳感器技術(shù)的沉浸式交互環(huán)境，是一種新的人機交互接口。顧名思義，這個“現(xiàn)實”是虛擬的，它利用計算機技術(shù)生成了一個高度真實的、具有視、聽、觸等多種感知的世界。這個“現(xiàn)實”所包涵的對象和環(huán)境是人工創(chuàng)造出來的，僅存在于計算機的內(nèi)部。通過多種高科技感知技術(shù)和顯示技術(shù)，用戶可以“進入”到這個虛擬的環(huán)境中去，感受整個環(huán)境中的對象，產(chǎn)生身臨其境的感覺，同時虛擬環(huán)境中的對象也可以感受到人們的各種操作，并給出相應的反應。用戶從而以自然的方式完成與環(huán)境之間的交互。整個過程與人和真實世界交流的過程十分相似。

醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是將醫(yī)學與虛擬現(xiàn)實技術(shù)有機的結(jié)合。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)廣泛的應用到醫(yī)學領(lǐng)域，為醫(yī)學生和醫(yī)生創(chuàng)造出這樣一種有強烈現(xiàn)實沉浸感的虛擬環(huán)境，加強醫(yī)學生對知識和實踐的感受，增強醫(yī)生與疾病、醫(yī)生與患者之間的相互感知。

3 醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用

隨著計算機技術(shù)在各方面的快速發(fā)展，醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被越來越多的投入使用，如虛擬人體，虛擬內(nèi)窺鏡，虛擬靜脈注射，虛擬外科手術(shù)，虛擬康復治療以及各種用于醫(yī)學實踐教學的模擬訓練系統(tǒng)等，下面就簡單的來做以介紹。

虛擬人體，也叫數(shù)字虛擬人。人們挑選利用一個理想的人體樣本，將一個3D的模型放在身體的周圍，為身體的不同部位做出精細定位，并用不同的顏色來表示，將人體的結(jié)構(gòu)信息數(shù)字化，通過顯像技術(shù)，在屏幕上顯示出一個十分“真實”的模擬人體雛形，再將從理想樣本上獲得的各種數(shù)據(jù)賦加到這個模擬人體上，從而構(gòu)造出一個完整的虛擬人體。這個虛擬人體可以在許多方面替代真實人體作為實驗研究的對象，這樣就可以在進行創(chuàng)新性實驗的同時規(guī)避掉許多不必要的危險。例如為了培養(yǎng)優(yōu)秀的外科醫(yī)生，現(xiàn)在可以在虛擬人體上進行反復的練習操作，反復的實踐直到操作純熟。虛擬人體也可以在嘗試了多種手術(shù)方法之后，為醫(yī)生們制定最優(yōu)的手術(shù)計劃提供科學的參考依據(jù)。在制藥實驗中，虛擬人體同樣也可以發(fā)揮巨大的作用，讓虛擬病人服用實驗藥物，通過計算機觀察病人的各項生理反應，進行相關(guān)研究分析，可以提高醫(yī)生給患者用藥的準確度并且大幅度提高研制新藥的效率。

虛擬內(nèi)窺鏡是用來模擬傳統(tǒng)光學內(nèi)窺鏡的一種新手段?；颊咴诮邮軅鹘y(tǒng)的檢查時往往因為接觸式檢查而不得不面臨許多痛苦，虛擬內(nèi)窺鏡就克服了這種需要插入人體來檢查患部的方式帶來的問題。例如為了完成一次模擬檢查，在計算機上運行的軟件需要一組虛擬內(nèi)窺鏡和帶有紋理的腔道解剖模型，內(nèi)置觸覺反饋器，如果虛擬內(nèi)窺鏡的末端接觸到了腔體的內(nèi)壁，系統(tǒng)就會發(fā)出“咳嗽”的響應，同時操作人員就會感受到系統(tǒng)發(fā)出的阻力，阻止操作員在該部位繼續(xù)檢查。在整個過程中，軟件會幫我們記錄下操作的時間，失誤的次數(shù)以及未檢查到位的腔段，從而在訓練的過程中提高操作員的技術(shù)水平，為醫(yī)生快速做出正確診斷提供有力依據(jù)。這項技術(shù)目前主要應用于對內(nèi)耳、氣管、支氣管、食管、心臟、胃、腸、血管等具有空腔結(jié)構(gòu)的組織器官的檢查中。

虛擬靜脈注射也是醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)另一個不錯的應用。其過程就是培訓人員一只手手持一個帶有傳感器的手柄來模擬病人需要靜脈注射的部位，另一只手手持一個真正的注射器，當注射器被推入到正確的觸覺接口時，手柄可模擬出變形，否則將不做出反應。這項技術(shù)可供護士們反復練習，提高靜脈注射的水平，減少病人們就醫(yī)時不愉快的注射經(jīng)歷，從而減少護士與患者之間的糾紛。

虛擬外科手術(shù)利用各種影像數(shù)據(jù)，建立出模擬的環(huán)境，進行手術(shù)計劃的制定，制定好計劃之后又可以進行反復的手術(shù)演練，手術(shù)教學。這樣不僅提高了醫(yī)生們的手術(shù)水平，培養(yǎng)了剛剛上崗的醫(yī)生們面對各種突發(fā)狀況的隨機應變能力，還大大降低了手術(shù)過程中不必要失誤的發(fā)生率。同時可以將整個過程制作成影像資料，供醫(yī)學生們揣摩學習，進行實踐教學的模擬訓練，增強動手能力。

虛擬康復訓練通過摳像技術(shù)，可以讓患者的形象盡可能“真實”的呈現(xiàn)在屏幕上，然后患者可以根據(jù)屏幕上的要求和提示做各種訓練動作，直到完成設定的訓練目標。屏幕中虛擬的場景可以提供給患者一個單獨、安全的練習、強化特定動作的環(huán)境，它以游戲的方式呈現(xiàn)出原本的康復訓練過程，一旦在康復的過程中出現(xiàn)失誤，不會立刻對患者的身體造成不可復原的傷害，安全性相對得到了保障。目前主要用于術(shù)后康復、中風康復等。虛擬康復訓練通過簡單游戲的方式，讓原本枯燥乏味的康復訓練變得更加生動更加有趣味性，明顯緩解了許多患者的排斥心理以及由于自己現(xiàn)階段無法自理而產(chǎn)生的巨大生活壓力。

4 醫(yī)學虛擬現(xiàn)實的前景

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的前景一片光明，從某種意義而言它正在改變?nèi)藗児逃械乃季S模式，人們原本的生活習慣，甚至改變?nèi)藗儗ψ晕遗c世界的認知。與此同時，由于醫(yī)學這門學科的特殊性與重要性，它不僅要求學生能夠熟練地掌握專業(yè)知識，更要求學生培養(yǎng)出強悍的實踐動手能力。目前許多醫(yī)學類高校的教學現(xiàn)狀是“紙上談兵”，即學校能夠做到教給學生足夠豐富的理論知識，然而卻沒能有與之相當?shù)膶嵺`教學來加以輔助，這樣的矛盾必然會使醫(yī)學教學逐漸走下坡路，如果放任這樣下去，過不了幾年，我國的醫(yī)學發(fā)展都會受到影響。因此，隨著目前我國醫(yī)療事業(yè)和現(xiàn)代計算機技術(shù)的不斷發(fā)展壯大，為解決上述矛盾，讓醫(yī)學生提高學習的質(zhì)量和效果，醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)必然會在醫(yī)學教學中越來越普及、越來越深入。人們堅持不懈的探索，也會讓虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域中的應用愈加多樣、愈加廣泛，為我國的醫(yī)療事業(yè)注入強大的生命力。

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