醫學虛擬現實技術發展與應用

中國醫科大學 崔夢舸

醫學虛擬現實技術發展與應用

中國醫科大學 崔夢舸

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

虛擬現實技術；醫學；相關應用；實踐

1 為什么需要醫學虛擬現實技術

虛擬現實技術產生于上世紀60年代，到目前雖然只有短短五十多年的歷史，但是虛擬現實技術發展之迅速是令人震驚的，其取得的豐碩成果更是讓各個領域中的人在經濟、文化以及日常生活中都感受到了翻天覆地的變化。虛擬現實與網絡、多媒體并稱為21世紀最具有應用前景的三大技術。相信要不了多久，虛擬現實技術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。如同網絡發展的輝煌歷程一樣，這項技術也一定會在計算機發展的歷史上增添濃墨重彩的一筆，再次徹底改變人們的生活，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年代是網絡、多媒體的時代，而21世紀則將是虛擬現實技術的時代。虛擬現實技術的時代已經到來了，因此技術與學科的良好融合將為我們提供新的機遇與挑戰。其中，將虛擬現實技術與醫學和教育深入的融合能在很大程度上改變我國醫學高校及醫療服務行業的現狀，為醫學生們掌握豐富的醫學知識和熟練的實驗技能開拓一片新天地，為當前醫院的疾病診斷和治療方案提供技術基礎，為我國的醫療技術改革提供強大的驅動力。

2 什么是醫學虛擬現實技術

虛擬現實技術是一種基于可計算信息和最新傳感器技術的沉浸式交互環境，是一種新的人機交互接口。顧名思義，這個“現實”是虛擬的，它利用計算機技術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“現實”所包涵的對象和環境是人工創造出來的，僅存在于計算機的內部。通過多種高科技感知技術和顯示技術，用戶可以“進入”到這個虛擬的環境中去，感受整個環境中的對象，產生身臨其境的感覺，同時虛擬環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。

醫學虛擬現實技術就是將醫學與虛擬現實技術有機的結合。將虛擬現實技術廣泛的應用到醫學領域，為醫學生和醫生創造出這樣一種有強烈現實沉浸感的虛擬環境，加強醫學生對知識和實踐的感受，增強醫生與疾病、醫生與患者之間的相互感知。

3 醫學虛擬現實技術的應用

隨著計算機技術在各方面的快速發展，醫學虛擬現實技術現在已經被越來越多的投入使用，如虛擬人體，虛擬內窺鏡，虛擬靜脈注射，虛擬外科手術，虛擬康復治療以及各種用于醫學實踐教學的模擬訓練系統等，下面就簡單的來做以介紹。

虛擬人體，也叫數字虛擬人。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，將人體的結構信息數字化，通過顯像技術，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據賦加到這個模擬人體上，從而構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新性實驗的同時規避掉許多不必要的危險。例如為了培養優秀的外科醫生，現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方法之后，為醫生們制定最優的手術計劃提供科學的參考依據。在制藥實驗中，虛擬人體同樣也可以發揮巨大的作用，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，進行相關研究分析，可以提高醫生給患者用藥的準確度并且大幅度提高研制新藥的效率。

虛擬內窺鏡是用來模擬傳統光學內窺鏡的一種新手段?；颊咴诮邮軅鹘y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窺鏡和帶有紋理的腔道解剖模型，內置觸覺反饋器，如果虛擬內窺鏡的末端接觸到了腔體的內壁，系統就會發出“咳嗽”的響應，同時操作人員就會感受到系統發出的阻力，阻止操作員在該部位繼續檢查。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水平，為醫生快速做出正確診斷提供有力依據。這項技術目前主要應用于對內耳、氣管、支氣管、食管、心臟、胃、腸、血管等具有空腔結構的組織器官的檢查中。

虛擬靜脈注射也是醫學虛擬現實技術另一個不錯的應用。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，減少病人們就醫時不愉快的注射經歷，從而減少護士與患者之間的糾紛。

虛擬外科手術利用各種影像數據，建立出模擬的環境，進行手術計劃的制定，制定好計劃之后又可以進行反復的手術演練，手術教學。這樣不僅提高了醫生們的手術水平，培養了剛剛上崗的醫生們面對各種突發狀況的隨機應變能力，還大大降低了手術過程中不必要失誤的發生率。同時可以將整個過程制作成影像資料，供醫學生們揣摩學習，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，可以讓患者的形象盡可能“真實”的呈現在屏幕上，然后患者可以根據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、強化特定動作的環境，它以游戲的方式呈現出原本的康復訓練過程，一旦在康復的過程中出現失誤，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階段無法自理而產生的巨大生活壓力。

4 醫學虛擬現實的前景

虛擬現實技術的前景一片光明，從某種意義而言它正在改變人們固有的思維模式，人們原本的生活習慣，甚至改變人們對自我與世界的認知。與此同時，由于醫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知識，更要求學生培養出強悍的實踐動手能力。目前許多醫學類高校的教學現狀是“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的實踐教學來加以輔助，這樣的矛盾必然會使醫學教學逐漸走下坡路，如果放任這樣下去，過不了幾年，我國的醫學發展都會受到影響。因此，隨著目前我國醫療事業和現代計算機技術的不斷發展壯大，為解決上述矛盾，讓醫學生提高學習的質量和效果，醫學虛擬現實技術必然會在醫學教學中越來越普及、越來越深入。人們堅持不懈的探索，也會讓虛擬現實技術在醫學領域中的應用愈加多樣、愈加廣泛，為我國的醫療事業注入強大的生命力。

[1]申蔚,曾文琪,虛擬現實技術[M],1版,北京,清華大學出版社,2009:3-35.

[2]趙群,婁巖,醫學虛擬現實技術及應用[M].1版,北京,人民郵電出版社,2014:3-203.

[3]劉光然,虛擬現實技術[M].1版,北京,清華大學出版社,2011:2-53.

[4]杰里米·拜倫森,虛擬革命的黎明[R].百度百家,2014.