虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究

趙娟娟 李志鋒

[摘要]對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念、特征和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成進行闡述,并介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,最后舉例說明虛擬現(xiàn)實技術(shù)對軍事醫(yī)學(xué)教學(xué)訓(xùn)練的影響。

[關(guān)鍵詞]虛擬現(xiàn)實醫(yī)學(xué)應(yīng)用

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210060-01

一、引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是推進醫(yī)學(xué)信息化的重要手段。當前,國內(nèi)外已經(jīng)有許多研究機構(gòu)和商業(yè)公司對虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)方面展開了廣泛的研究和實踐,并取得了相當?shù)某晒Ｈ绾螌⑻摂M現(xiàn)實技術(shù)深入引進到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域共同關(guān)注的課題。據(jù)統(tǒng)計,世界市場上出現(xiàn)的805個虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)中,就有49個用于醫(yī)學(xué)。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

(一)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念。虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality),簡稱VR,是在計算機基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新技術(shù)。確切地說,虛擬現(xiàn)實技術(shù)是人們通過三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示等技術(shù),生成逼真的虛擬環(huán)境,得到一個經(jīng)過計算機處理、控制的人們看到、聽到甚至觸摸到,可進行實時交互,感知和操作虛擬世界中的各種對象,從而獲得身臨其境的感受和體會。

(二)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征。VR的主要特征是:多感知性(multi

-sensory)、沉浸感(immersion)、交互(interactivity)、構(gòu)想性(imagination)。這些特征使操作者能夠進入一個由計算機生成的交互式三維虛擬環(huán)境中,與之產(chǎn)生互動,進行交流。通過參與者與仿真環(huán)境的相互作用,并借助人本身對所接觸事物的感知和認知能力,啟發(fā)參與者的思維,全方位獲取環(huán)境所蘊含的各種空間信息和邏輯信息。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

(一)虛擬人體。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)下,人體的各個部位、功能、行為最終都能夠?qū)崿F(xiàn)模擬。包括人體骨骼模擬、人體動力學(xué)的模擬、大腦的結(jié)構(gòu)和功能的模擬、人臉的模擬、器官的模擬、神經(jīng)的模擬、心臟除顫的有限元模擬等,這些都可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來完成。

(二)模擬放射診斷和治療。放射診斷專家可在虛擬環(huán)境中使用模擬的三維小器械,為有意義的部位作標記,同時又不會給患者原始數(shù)據(jù)造成任何影響,以便能更仔細的進行研究,這樣更有利于正確的診斷某些疾病。

(三)虛擬外科手術(shù)。外科手術(shù)仿真器使得外科醫(yī)生在做一次比較復(fù)雜的外科手術(shù)之前可以先進行練習(xí),然后將練習(xí)的成果應(yīng)用于實際手術(shù)之中。他們可以對各種各樣的病歷進行演練甚至可以使用根據(jù)某個病人的特點而形成的真實計算機三維人體模型,為醫(yī)生給病人進行成功的手術(shù)創(chuàng)造了可能。

(四)醫(yī)學(xué)教學(xué)。近年來,多媒體教學(xué)異軍突起,它把文字、圖象、聲音、動畫和視頻等信息集于一體,以新穎的教學(xué)手段,活潑生動的表現(xiàn)形式,成為了現(xiàn)代教學(xué)方法的主流。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展,虛擬現(xiàn)實技術(shù)將成為下一代醫(yī)學(xué)院教學(xué)中的主要輔助力量。

(五)醫(yī)療可視化。醫(yī)療可視化技術(shù)是幫助我們理解采集醫(yī)學(xué)試驗數(shù)據(jù)的一個有效手段。虛擬人技術(shù)逐漸成為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個重要分支,已經(jīng)越來越受到人們的重視。對這一前沿性問題的研究已形成新的研究熱點。例如:人體是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。從外觀到內(nèi)部各部分之間,從宏觀人體組織到微觀的基因,從人的大腦到人的神經(jīng)系統(tǒng)以及人的思維發(fā)展,人類研究一直在不停地探索著。在醫(yī)學(xué)教學(xué)中對人體系統(tǒng)、器官以及組織的形成的認識是一個動態(tài)的發(fā)展過程。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)很容易將他們可視,并且生動地展現(xiàn)在我們面前。

(六)心理治療。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在心理學(xué)領(lǐng)域中的研究通常包括視覺感知心理與生理、聽覺感知心理與生理、記憶與認知心理等內(nèi)容。感覺、知覺、記憶、思維、想象等認識事物的過程中的心理現(xiàn)象一直是心理學(xué)研究的重要課題。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制造的視覺、聽覺系統(tǒng)可以很好地進行心理學(xué)研究。同時虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展需要心理學(xué)的參與并且可以對其建立一些客觀的評判標準。

(七)虛擬實驗室。虛擬實驗室是在計算機上加上一組軟件和相應(yīng)的硬件,讓使用者在操作這臺計算機時就像操作一臺實驗儀器一樣。許多醫(yī)學(xué)教育中的實驗和臨床相關(guān)實驗都可以在虛擬實驗室中進行。虛擬實驗室的硬件僅是解決信號的輸入和輸出,軟件才是關(guān)鍵,軟件能很方便的改變、增減、改善系統(tǒng)的功能與規(guī)模。美國加利福尼亞大學(xué)科爾曼實驗室開發(fā)了EXP軟件,就是一個基于VR技術(shù),用于神經(jīng)生理學(xué)虛擬實驗的多功能軟件。

四、虛擬現(xiàn)實技術(shù)對軍事醫(yī)學(xué)教學(xué)訓(xùn)練的影響

在軍事醫(yī)學(xué)教學(xué)中,VR技術(shù)的更大優(yōu)勢是它和軍事仿真模擬結(jié)合起來,既能創(chuàng)造出逼真的戰(zhàn)場環(huán)境、戰(zhàn)斗場景以及隨著戰(zhàn)斗推進過程中虛擬的“指戰(zhàn)員”傷亡狀態(tài),又可以模擬出野戰(zhàn)條件下的戰(zhàn)傷救治、運送等。特別是核武器、生物、化學(xué)戰(zhàn)傷的救治、運送,不僅危險性大,而且救治復(fù)雜且難度較大,平時的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)又不易實現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)使軍事醫(yī)學(xué)教學(xué)更貼近實戰(zhàn),突出了對學(xué)生實戰(zhàn)心理的訓(xùn)練,能充分表現(xiàn)出未來戰(zhàn)爭中的高技術(shù)、復(fù)雜性等特點,擴大軍事醫(yī)學(xué)院校學(xué)生的軍事醫(yī)療體驗和戰(zhàn)場戰(zhàn)傷救治的經(jīng)驗。在這些環(huán)境中學(xué)員們在操縱虛擬的工具、手術(shù)器械時,不僅會感受到壓力,而且具有極強的參與性。

保持一支訓(xùn)練有素、裝備良好的軍隊是美軍訓(xùn)練的目標。因此,美軍特別重視訓(xùn)練,按實戰(zhàn)進行訓(xùn)練是美軍軍事訓(xùn)練的一項基本原則。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展為美軍的軍事醫(yī)學(xué)訓(xùn)練開辟了嶄新的途徑。美軍若干醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的專家研究了新興技術(shù)在未來20～30年內(nèi)對醫(yī)療工作的影響,認為有34種技術(shù)將影響未來醫(yī)療工作,最后確定的13種按得票多少的順序進行排列,虛擬現(xiàn)實、人工智能等幾種技術(shù)高居榜首。事實上,早在幾年前,隨著美軍組成21世紀數(shù)字化部隊計劃的實施,以及美國在熱點地區(qū)部署維和部隊所需的遙控醫(yī)學(xué)技術(shù)中,虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實際應(yīng)用就已經(jīng)開始嶄露頭角。在虛擬現(xiàn)實等支撐技術(shù)的支持下,美軍已開發(fā)出高級創(chuàng)傷救治技術(shù)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、胸部創(chuàng)傷救治模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、天花接種模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、VR2Demo精神運動技術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)和環(huán)甲軟骨切開術(shù)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。美陸軍利用國防部的高級軍事演習(xí)模擬與可視人體研究室合作,研究人體結(jié)構(gòu)和功能模擬。

五、結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用展現(xiàn)出了良好的前景,表現(xiàn)了其良好的應(yīng)用效果。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展完善以及醫(yī)學(xué)教育環(huán)境的不斷變化,硬件設(shè)備性價比的不斷提高,虛擬技術(shù)必將更多的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的作用顯得越來越重要,顯示出了巨大的優(yōu)勢。因此,我們有理由相信:與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)并駕齊驅(qū)的虛擬現(xiàn)實技術(shù),必將具有更加廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

參考文獻:

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