醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

中國(guó)醫(yī)科大學(xué) 崔夢(mèng)舸

醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

中國(guó)醫(yī)科大學(xué) 崔夢(mèng)舸

虛擬現(xiàn)實(shí)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(xué)和教育的融合為我們提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。因此醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是什么，醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的存在價(jià)值都需要得到人們更加深刻地認(rèn)識(shí)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)、醫(yī)學(xué)實(shí)踐等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，發(fā)展前景一片光明。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；醫(yī)學(xué)；相關(guān)應(yīng)用；實(shí)踐

1 為什么需要醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)生于上世紀(jì)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(shí)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(gè)領(lǐng)域中的人在經(jīng)濟(jì)、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(shí)與網(wǎng)絡(luò)、多媒體并稱為21世紀(jì)最具有應(yīng)用前景的三大技術(shù)。相信要不了多久，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就不僅僅只是在著名的公司中被展示，而是確確實(shí)實(shí)的被帶到了我們的家里。如同網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的輝煌歷程一樣，這項(xiàng)技術(shù)也一定會(huì)在計(jì)算機(jī)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?huì)讓人們的生活越來(lái)越豐富、越來(lái)越便捷。有關(guān)人士認(rèn)為，20世紀(jì)80年代是個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)代，20世紀(jì)90年代是網(wǎng)絡(luò)、多媒體的時(shí)代，而21世紀(jì)則將是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的時(shí)代。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)了，因此技術(shù)與學(xué)科的良好融合將為我們提供新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。其中，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與醫(yī)學(xué)和教育深入的融合能在很大程度上改變我國(guó)醫(yī)學(xué)高校及醫(yī)療服務(wù)行業(yè)的現(xiàn)狀，為醫(yī)學(xué)生們掌握豐富的醫(yī)學(xué)知識(shí)和熟練的實(shí)驗(yàn)技能開(kāi)拓一片新天地，為當(dāng)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(guó)的醫(yī)療技術(shù)改革提供強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力。

2 什么是醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種基于可計(jì)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(jī)交互接口。顧名思義，這個(gè)“現(xiàn)實(shí)”是虛擬的，它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成了一個(gè)高度真實(shí)的、具有視、聽(tīng)、觸等多種感知的世界。這個(gè)“現(xiàn)實(shí)”所包涵的對(duì)象和環(huán)境是人工創(chuàng)造出來(lái)的，僅存在于計(jì)算機(jī)的內(nèi)部。通過(guò)多種高科技感知技術(shù)和顯示技術(shù)，用戶可以“進(jìn)入”到這個(gè)虛擬的環(huán)境中去，感受整個(gè)環(huán)境中的對(duì)象，產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，同時(shí)虛擬環(huán)境中的對(duì)象也可以感受到人們的各種操作，并給出相應(yīng)的反應(yīng)。用戶從而以自然的方式完成與環(huán)境之間的交互。整個(gè)過(guò)程與人和真實(shí)世界交流的過(guò)程十分相似。

醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是將醫(yī)學(xué)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛的應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為醫(yī)學(xué)生和醫(yī)生創(chuàng)造出這樣一種有強(qiáng)烈現(xiàn)實(shí)沉浸感的虛擬環(huán)境，加強(qiáng)醫(yī)學(xué)生對(duì)知識(shí)和實(shí)踐的感受，增強(qiáng)醫(yī)生與疾病、醫(yī)生與患者之間的相互感知。

3 醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在各方面的快速發(fā)展，醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被越來(lái)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(fù)治療以及各種用于醫(yī)學(xué)實(shí)踐教學(xué)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)等，下面就簡(jiǎn)單的來(lái)做以介紹。

虛擬人體，也叫數(shù)字虛擬人。人們挑選利用一個(gè)理想的人體樣本，將一個(gè)3D的模型放在身體的周圍，為身體的不同部位做出精細(xì)定位，并用不同的顏色來(lái)表示，將人體的結(jié)構(gòu)信息數(shù)字化，通過(guò)顯像技術(shù)，在屏幕上顯示出一個(gè)十分“真實(shí)”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(gè)模擬人體上，從而構(gòu)造出一個(gè)完整的虛擬人體。這個(gè)虛擬人體可以在許多方面替代真實(shí)人體作為實(shí)驗(yàn)研究的對(duì)象，這樣就可以在進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)規(guī)避掉許多不必要的危險(xiǎn)。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(jìn)行反復(fù)的練習(xí)操作，反復(fù)的實(shí)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(jì)劃提供科學(xué)的參考依據(jù)。在制藥實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)藥物，通過(guò)計(jì)算機(jī)觀察病人的各項(xiàng)生理反應(yīng)，進(jìn)行相關(guān)研究分析，可以提高醫(yī)生給患者用藥的準(zhǔn)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(lái)模擬傳統(tǒng)光學(xué)內(nèi)窺鏡的一種新手段?；颊咴诮邮軅鹘y(tǒng)的檢查時(shí)往往因?yàn)榻佑|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(lái)檢查患部的方式帶來(lái)的問(wèn)題。例如為了完成一次模擬檢查，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)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(jué)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(huì)發(fā)出“咳嗽”的響應(yīng)，同時(shí)操作人員就會(huì)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(gè)過(guò)程中，軟件會(huì)幫我們記錄下操作的時(shí)間，失誤的次數(shù)以及未檢查到位的腔段，從而在訓(xùn)練的過(guò)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(xiàng)技術(shù)目前主要應(yīng)用于對(duì)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(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)另一個(gè)不錯(cuò)的應(yīng)用。其過(guò)程就是培訓(xùn)人員一只手手持一個(gè)帶有傳感器的手柄來(lái)模擬病人需要靜脈注射的部位，另一只手手持一個(gè)真正的注射器，當(dāng)注射器被推入到正確的觸覺(jué)接口時(shí)，手柄可模擬出變形，否則將不做出反應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)可供護(hù)士們反復(fù)練習(xí)，提高靜脈注射的水平，減少病人們就醫(yī)時(shí)不愉快的注射經(jīng)歷，從而減少護(hù)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(jìn)行手術(shù)計(jì)劃的制定，制定好計(jì)劃之后又可以進(jìn)行反復(fù)的手術(shù)演練，手術(shù)教學(xué)。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(duì)各種突發(fā)狀況的隨機(jī)應(yīng)變能力，還大大降低了手術(shù)過(guò)程中不必要失誤的發(fā)生率。同時(shí)可以將整個(gè)過(guò)程制作成影像資料，供醫(yī)學(xué)生們揣摩學(xué)習(xí)，進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的模擬訓(xùn)練，增強(qiáng)動(dòng)手能力。

虛擬康復(fù)訓(xùn)練通過(guò)摳像技術(shù)，可以讓患者的形象盡可能“真實(shí)”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(xùn)練動(dòng)作，直到完成設(shè)定的訓(xùn)練目標(biāo)。屏幕中虛擬的場(chǎng)景可以提供給患者一個(gè)單獨(dú)、安全的練習(xí)、強(qiáng)化特定動(dòng)作的環(huán)境，它以游戲的方式呈現(xiàn)出原本的康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程，一旦在康復(fù)的過(guò)程中出現(xiàn)失誤，不會(huì)立刻對(duì)患者的身體造成不可復(fù)原的傷害，安全性相對(duì)得到了保障。目前主要用于術(shù)后康復(fù)、中風(fēng)康復(fù)等。虛擬康復(fù)訓(xùn)練通過(guò)簡(jiǎn)單游戲的方式，讓原本枯燥乏味的康復(fù)訓(xùn)練變得更加生動(dòng)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(wú)法自理而產(chǎn)生的巨大生活壓力。

4 醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的前景

虛擬現(xiàn)實(shí)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?cè)镜纳盍?xí)慣，甚至改變?nèi)藗儗?duì)自我與世界的認(rèn)知。與此同時(shí)，由于醫(yī)學(xué)這門學(xué)科的特殊性與重要性，它不僅要求學(xué)生能夠熟練地掌握專業(yè)知識(shí)，更要求學(xué)生培養(yǎng)出強(qiáng)悍的實(shí)踐動(dòng)手能力。目前許多醫(yī)學(xué)類高校的教學(xué)現(xiàn)狀是“紙上談兵”，即學(xué)校能夠做到教給學(xué)生足夠豐富的理論知識(shí)，然而卻沒(méi)能有與之相當(dāng)?shù)膶?shí)踐教學(xué)來(lái)加以輔助，這樣的矛盾必然會(huì)使醫(yī)學(xué)教學(xué)逐漸走下坡路，如果放任這樣下去，過(guò)不了幾年，我國(guó)的醫(yī)學(xué)發(fā)展都會(huì)受到影響。因此，隨著目前我國(guó)醫(yī)療事業(yè)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展壯大，為解決上述矛盾，讓醫(yī)學(xué)生提高學(xué)習(xí)的質(zhì)量和效果，醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必然會(huì)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中越來(lái)越普及、越來(lái)越深入。人們堅(jiān)持不懈的探索，也會(huì)讓虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用愈加多樣、愈加廣泛，為我國(guó)的醫(yī)療事業(yè)注入強(qiáng)大的生命力。

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