虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

王　偉　陳　輝

摘要 介紹虛擬現(xiàn)實概念及其特征，分析虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)教育中廣泛應(yīng)用的原因，著重討論虛擬現(xiàn)實在課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和臨床教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實；虛擬實驗室；虛擬手術(shù)

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-489X（2009）04-0098-02

1 虛擬現(xiàn)實的基本概念及特征

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality），也稱靈境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。它利用計算機技術(shù)生成一個逼真的，具有視覺、聽覺、觸覺等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶通過使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境中的實體相互作用，產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和構(gòu)思性（Imagination）的重要特征，這些特征在醫(yī)學(xué)教育中得到了廣泛應(yīng)用。

1.1 沉浸感沉浸感是指學(xué)習(xí)者全身心地沉浸于虛擬環(huán)境中，與環(huán)境中各種對象相互融合，成為環(huán)境的一部分。學(xué)習(xí)者不是旁觀者由外向內(nèi)觀察環(huán)境，而是全身心融入環(huán)境之中。這種沉浸感應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育中，可以使虛擬教學(xué)場景中的學(xué)生體會到一個與現(xiàn)實更加接近的教學(xué)情景，學(xué)生全身心地投入其中，能夠更加深入地學(xué)習(xí)所學(xué)課程。

1.2 交互性交互性是指學(xué)習(xí)者通過使用特殊設(shè)備，用人類的自然技能實現(xiàn)對虛擬環(huán)境的操作。學(xué)習(xí)者通過身體運動等自然技能，實現(xiàn)對環(huán)境中對象的操作；計算機則根據(jù)學(xué)習(xí)者的身體運動等，來實時調(diào)整環(huán)境中相關(guān)對象的狀態(tài)。這種交互性應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育中，可以使醫(yī)學(xué)院校在保證辦學(xué)質(zhì)量的前提下，大大降低辦學(xué)成本。

1.3 構(gòu)思性構(gòu)思性是指虛擬環(huán)境賦予學(xué)習(xí)者無限的想象空間。虛擬環(huán)境把主動權(quán)交給學(xué)習(xí)者，學(xué)習(xí)者可以通過對環(huán)境的考察和操作，進行自主的創(chuàng)造性活動。這種構(gòu)思性應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育中，可使學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)方法，充分挖掘自身潛力。

2 虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

伴隨著我國醫(yī)療事業(yè)和IT技術(shù)的不斷發(fā)展壯大，虛擬現(xiàn)實[1]在醫(yī)學(xué)課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、臨床培訓(xùn)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2.1 虛擬課堂在醫(yī)學(xué)課堂教學(xué)過程中，教師經(jīng)常會遇到一些內(nèi)容生澀難懂的章節(jié)，如果利用板書等傳統(tǒng)教育手段，教學(xué)效果往往不近如人意。事實上，教師可以通過虛擬課堂來豐富教學(xué)內(nèi)容，將“虛擬人”應(yīng)用于教學(xué)過程是虛擬課堂的一個典型實例。“虛擬人”是指把人體形態(tài)學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)等信息，通過大型計算機處理而實現(xiàn)的數(shù)字化虛擬人體。“虛擬人”的主要工作是選取一具尸體并將其冷凍，用精密切削刀將尸體橫向切削成一系列厚度為0.2毫米的切片，利用相關(guān)技術(shù)最終合成人體的三維結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。實驗證明，學(xué)生在課堂上能以三維的形式看到人體數(shù)千個解剖結(jié)構(gòu)的形狀、位置及器官間的相互空間關(guān)系等，學(xué)習(xí)興趣和效果顯著提高。

2.2 虛擬實驗室目前，高等醫(yī)學(xué)院校實驗教學(xué)中普遍存在著資源有限和教學(xué)效果不佳等現(xiàn)象。為緩和這一矛盾，虛擬實驗室是近年來被證明行之有效的做法之一。虛擬實驗室[2]是指在計算機系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)營造各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實的實驗環(huán)境中一樣完成各種實驗項目。如圖2所示，診斷學(xué)虛擬實驗室是一個基于C/S模式的虛擬實驗室系統(tǒng)。系統(tǒng)以虛擬病人為主體，建立起各種疾病相關(guān)的患者模型。每個單元均包括問診、體格檢查、心電圖和化驗檢查4個單元。實驗證明，診斷學(xué)虛擬實驗室打破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)的時空限制，為學(xué)生提供逼真的診斷學(xué)實驗，在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和實現(xiàn)實驗教學(xué)的跨越式方面具有重要作用。

2.3 虛擬手術(shù)傳統(tǒng)的手術(shù)訓(xùn)練方法成本較高，訓(xùn)練的安全性、真實性和參與性不強，效果不夠理想。虛擬手術(shù)[3]是指通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，利用各種醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)在計算機中建立一個虛擬環(huán)境，醫(yī)生借助這個環(huán)境中的相關(guān)信息進行手術(shù)計劃、訓(xùn)練以及在實際手術(shù)過程中引導(dǎo)的一種新興技術(shù)。在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中，操作者帶上立體眼鏡進入環(huán)境，通過數(shù)據(jù)手套對環(huán)境中“虛擬人”的相關(guān)組織進行操作。虛擬手術(shù)系統(tǒng)可為操作者提供一個極具真實感和沉浸感的訓(xùn)練環(huán)境，制造很好的臨場感，并且能大幅降低手術(shù)的培訓(xùn)成本，所以具有很好的應(yīng)用空間。

2.4 虛擬培訓(xùn)傳統(tǒng)的臨床培訓(xùn)模式主要以教師口述為主，由于培訓(xùn)往往停留在書本上，缺乏實戰(zhàn)演練，因此效果往往差強人意。靜脈穿刺是臨床護理的基本技能，穿刺引起的疼痛常常使患者因恐懼而不能配合治療，實際應(yīng)用中，可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，模擬患者的這種因恐懼而產(chǎn)生的抗拒反應(yīng)，以提高靜脈穿刺的訓(xùn)練質(zhì)量。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在臨床培訓(xùn)中，在保障學(xué)生安全的基礎(chǔ)上，不僅能使學(xué)生身臨其境，增加真實感，而且還能縮短培訓(xùn)時間，減少培訓(xùn)成本。

3 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育中，對提高教育技術(shù)水平，改善教學(xué)實驗環(huán)境，優(yōu)化教學(xué)過程，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和實踐能力的新時代醫(yī)學(xué)人才具有深遠的影響。可以預(yù)見，隨著我國醫(yī)療事業(yè)和IT事業(yè)的不斷發(fā)展壯大，虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用將更廣泛、深入。

參考文獻

[1]羅偉,李珊,蔡宇,魏曉峰.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)臨床教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國誤診學(xué)雜志,2006,8(16)

[2]黃一虹,王志榮,徐晤,李洪春,曹若男,趙強.診斷學(xué)虛擬實驗室的構(gòu)建及其應(yīng)用探索[J].檢驗醫(yī)學(xué)教育,2007,14(2)

[3]北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實技術(shù)國家重點實驗室[EB/OL].http://www.vrlab.buaa.edu.cn/