基于醫(yī)學(xué)信息技術(shù)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)方法

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)民對(duì)醫(yī)療水平的要求也逐步增高，我國(guó)醫(yī)學(xué)始終以注重扎實(shí)的基礎(chǔ)，培養(yǎng)能力強(qiáng)，素質(zhì)高的醫(yī)療人員為理念。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教育注重理論基礎(chǔ)，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。目前我國(guó)相對(duì)缺少手術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的外科醫(yī)生。醫(yī)生往往需要通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的臨床實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)，才能擁有較為熟練的手術(shù)技能。傳統(tǒng)的手術(shù)訓(xùn)練方法大多是通過(guò)人的尸體或動(dòng)物來(lái)進(jìn)行模擬手術(shù)，其手術(shù)所需成本較高，同時(shí)又不能完全模擬手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)。為醫(yī)護(hù)人員的手術(shù)培訓(xùn)帶來(lái)了很大的局限性。近些年來(lái)，隨著醫(yī)學(xué)信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的醫(yī)護(hù)人員選擇用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)方法來(lái)進(jìn)行手術(shù)的模擬和訓(xùn)練。本文結(jié)合目前國(guó)內(nèi)的醫(yī)學(xué)信息技術(shù)，對(duì)基于醫(yī)學(xué)信息技術(shù)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)方法進(jìn)行了深入的研究。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)學(xué)信息 虛擬仿真 實(shí)訓(xùn)方法 圖像分割

1 引言

隨著我國(guó)對(duì)醫(yī)學(xué)技術(shù)的要求逐步增高，傳統(tǒng)的醫(yī)療實(shí)訓(xùn)方法已經(jīng)無(wú)法滿足如今的醫(yī)療人力資源的匱乏，因此越來(lái)越多的醫(yī)療中心選擇用虛擬仿真技術(shù)來(lái)對(duì)醫(yī)護(hù)人員的實(shí)訓(xùn)進(jìn)行訓(xùn)練。目前，在國(guó)內(nèi)，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)逐步受到我國(guó)醫(yī)學(xué)界和科學(xué)界的重視和研究興趣。虛擬仿真技術(shù)具有模擬手術(shù)場(chǎng)景復(fù)雜，人機(jī)溝通力強(qiáng)，手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)多元化等特點(diǎn)。其所包含的技術(shù)領(lǐng)域也十分廣泛。虛擬仿真技術(shù)通常包含傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，現(xiàn)代生物技術(shù)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)信息技術(shù)，仿真技術(shù)和科學(xué)計(jì)算技術(shù)等。基于醫(yī)學(xué)信息技術(shù)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)不僅可以對(duì)醫(yī)療人員的臨床實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬訓(xùn)練，同時(shí)也可以在醫(yī)生手術(shù)過(guò)程中，全程對(duì)醫(yī)生操作進(jìn)行實(shí)時(shí)指導(dǎo)，是目前醫(yī)學(xué)界一項(xiàng)炙手可熱的培訓(xùn)技術(shù)。

2 基于醫(yī)學(xué)信息技術(shù)虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)臨床手術(shù)進(jìn)行模擬訓(xùn)練的一種醫(yī)療培訓(xùn)技術(shù)。它包含了許多醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，包括現(xiàn)實(shí)手術(shù)的培訓(xùn)技術(shù)，計(jì)算機(jī)全程指導(dǎo)手術(shù)技術(shù)，醫(yī)學(xué)圖處理技術(shù)，醫(yī)生通過(guò)圖像引導(dǎo)進(jìn)行手術(shù)技術(shù)，手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)，醫(yī)療圖像重建和虛擬手術(shù)技術(shù)等。傷口切割處仿真是指在虛擬仿真手術(shù)中模擬外殼手術(shù)的傷口切割技術(shù)，該技術(shù)可以訓(xùn)練外科醫(yī)生的傷口切割手法與技能熟練度，虛擬仿真技術(shù)充分的模擬了手術(shù)時(shí)傷口切割的效果，以及醫(yī)療人員切割傷口的平滑程度。

在進(jìn)行傷口切割仿真技術(shù)的試驗(yàn)中，傷口切割時(shí)間和傷口切割效果是制約模擬實(shí)驗(yàn)真實(shí)性的保障。手術(shù)碰撞仿真是指在進(jìn)行虛擬仿真手術(shù)過(guò)程中，患者器官與手術(shù)器械的碰撞至關(guān)重要，在外科手術(shù)中，手術(shù)器械與患者器官的碰撞往往會(huì)決定一場(chǎng)手術(shù)的效果或是一個(gè)人的生命，因此，對(duì)手術(shù)器械碰撞的模擬實(shí)驗(yàn)是醫(yī)學(xué)仿真試驗(yàn)中十分重要的板塊。由于患者的軟組織器官，與模擬的醫(yī)療器械都呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，因此，在進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，針對(duì)不規(guī)則幾何體是否會(huì)發(fā)生碰撞的實(shí)驗(yàn)，是確保模擬實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和仿真高效性的關(guān)鍵。醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)是指對(duì)于醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)的模擬和數(shù)據(jù)分析模擬等。包括三維，X光，血液流動(dòng)等的圖像模擬。對(duì)于手術(shù)場(chǎng)景的仿真包括對(duì)手術(shù)時(shí)的燈光，器械，設(shè)備，手術(shù)室的背景顏色，手術(shù)器材材質(zhì)的模擬等。為醫(yī)療人員在進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)提供一個(gè)較為真實(shí)的手術(shù)場(chǎng)景。仿真系統(tǒng)配置內(nèi)核則包括仿真模擬板塊的監(jiān)測(cè)與更新，手術(shù)資源配置的維護(hù)，操作板塊的模擬等。

3 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)方法研究

為了驗(yàn)證虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的有效性，我們對(duì)其實(shí)訓(xùn)方法進(jìn)行了深入的分析和研究。根據(jù)目前仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)形式，我們對(duì)其系統(tǒng)按照功能性的不同，進(jìn)行了模塊劃分。模塊劃分后，我們開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)方法進(jìn)行研究。首先，我們需要構(gòu)建一個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的程序編程，該編程包括虛擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象，虛擬實(shí)驗(yàn)圖像和虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。虛擬實(shí)驗(yàn)的程序編程是整個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行編程后，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)的硬件設(shè)備進(jìn)行選擇。通常我們所采用的實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備包含瑞士公司生產(chǎn)的Pmryer力度觸覺(jué)反饋設(shè)備，該力度觸覺(jué)反饋設(shè)備包括有7個(gè)力度反饋度，可以對(duì)模擬手術(shù)過(guò)程中的手術(shù)力度進(jìn)行全方位的模擬。包括擠壓力，拉扯力，摩擦力，抓取力等。硬件選擇完畢后，我們就可以對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的具體任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。仿真實(shí)驗(yàn)的具體任務(wù)包括一，虛擬醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)，我們需要對(duì)虛擬的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行處理，保證其頻率波動(dòng)的穩(wěn)定和二維，三維圖像的識(shí)別。二是建立三維的軟組織模型，對(duì)手術(shù)過(guò)程中軟組織可能發(fā)生的變化進(jìn)行模擬，以保證模擬實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性。三是對(duì)實(shí)驗(yàn)力度反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在手術(shù)進(jìn)行過(guò)程中，醫(yī)護(hù)人員的手術(shù)力度有著至關(guān)重要的作用，因此，我們需要對(duì)手術(shù)過(guò)程中的力度進(jìn)行模擬。四是對(duì)手術(shù)時(shí)的血液流動(dòng)進(jìn)行模擬。手術(shù)時(shí)，醫(yī)護(hù)人員需要隨時(shí)對(duì)患者的血液流動(dòng)進(jìn)行控制，因此對(duì)血液流動(dòng)進(jìn)行模擬在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中是十分重要的。隨著我國(guó)醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

4 結(jié)論

基于醫(yī)學(xué)信息技術(shù)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)是一個(gè)包含著眾多復(fù)雜技術(shù)的一款醫(yī)療手術(shù)模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。本文對(duì)其實(shí)訓(xùn)方法進(jìn)行了深入的分析和研究。首先我們對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)編程，之后對(duì)其硬件設(shè)備進(jìn)行選擇，最終確立仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)包括了模擬軟組織模型的建立，保障了虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，能夠了解手術(shù)過(guò)程中患者軟組織結(jié)構(gòu)的變化情況。模擬圖像處理技術(shù)，對(duì)醫(yī)療圖像進(jìn)行二維，三維的建模，并對(duì)其圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。模擬手術(shù)力度反饋，更好幫助醫(yī)療人員在進(jìn)行手術(shù)時(shí)的力度控制進(jìn)行訓(xùn)練。虛擬仿真系統(tǒng)不僅可以對(duì)醫(yī)療人員的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行培訓(xùn)，同時(shí)也可以利用仿真模擬系統(tǒng)，在真實(shí)手術(shù)操作時(shí)，進(jìn)行手術(shù)實(shí)時(shí)的引導(dǎo)。基于醫(yī)學(xué)信息的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)不僅為我國(guó)醫(yī)療人員的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)提供了訓(xùn)練的平臺(tái)，也為我國(guó)醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介

李曉莉（1980-），女，河南省西華縣人。碩士學(xué)位。副教授。主要研究方向?yàn)榕R床醫(yī)學(xué)。

作者單位

漯河醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校 河南省漯河市 462002