医学虚拟现实技术发展与应用

中国医科大学 崔梦舸

医学虚拟现实技术发展与应用

中国医科大学 崔梦舸

虚拟现实技术在50多年的发展历程中，取得了丰厚的成果，与医学和教育的融合为我们提供了新的机遇和挑战。因此医学虚拟现实技术是什么，医学虚拟现实技术的存在价值都需要得到人们更加深刻地认识。随着计算机技术的发展，医学虚拟现实技术在医学教学、医学实践等领域得到广泛的应用，发展前景一片光明。

虚拟现实技术；医学；相关应用；实践

1 为什么需要医学虚拟现实技术

虚拟现实技术产生于上世纪60年代，到目前虽然只有短短五十多年的历史，但是虚拟现实技术发展之迅速是令人震惊的，其取得的丰硕成果更是让各个领域中的人在经济、文化以及日常生活中都感受到了翻天覆地的变化。虚拟现实与网络、多媒体并称为21世纪最具有应用前景的三大技术。相信要不了多久，虚拟现实技术就不仅仅只是在著名的公司中被展示，而是确确实实的被带到了我们的家里。如同网络发展的辉煌历程一样，这项技术也一定会在计算机发展的历史上增添浓墨重彩的一笔，再次彻底改变人们的生活，高科技的力量会让人们的生活越来越丰富、越来越便捷。有关人士认为，20世纪80年代是个人计算机的时代，20世纪90年代是网络、多媒体的时代，而21世纪则将是虚拟现实技术的时代。虚拟现实技术的时代已经到来了，因此技术与学科的良好融合将为我们提供新的机遇与挑战。其中，将虚拟现实技术与医学和教育深入的融合能在很大程度上改变我国医学高校及医疗服务行业的现状，为医学生们掌握丰富的医学知识和熟练的实验技能开拓一片新天地，为当前医院的疾病诊断和治疗方案提供技术基础，为我国的医疗技术改革提供强大的驱动力。

2 什么是医学虚拟现实技术

虚拟现实技术是一种基于可计算信息和最新传感器技术的沉浸式交互环境，是一种新的人机交互接口。顾名思义，这个“现实”是虚拟的，它利用计算机技术生成了一个高度真实的、具有视、听、触等多种感知的世界。这个“现实”所包涵的对象和环境是人工创造出来的，仅存在于计算机的内部。通过多种高科技感知技术和显示技术，用户可以“进入”到这个虚拟的环境中去，感受整个环境中的对象，产生身临其境的感觉，同时虚拟环境中的对象也可以感受到人们的各种操作，并给出相应的反应。用户从而以自然的方式完成与环境之间的交互。整个过程与人和真实世界交流的过程十分相似。

医学虚拟现实技术就是将医学与虚拟现实技术有机的结合。将虚拟现实技术广泛的应用到医学领域，为医学生和医生创造出这样一种有强烈现实沉浸感的虚拟环境，加强医学生对知识和实践的感受，增强医生与疾病、医生与患者之间的相互感知。

3 医学虚拟现实技术的应用

随着计算机技术在各方面的快速发展，医学虚拟现实技术现在已经被越来越多的投入使用，如虚拟人体，虚拟内窥镜，虚拟静脉注射，虚拟外科手术，虚拟康复治疗以及各种用于医学实践教学的模拟训练系统等，下面就简单的来做以介绍。

虚拟人体，也叫数字虚拟人。人们挑选利用一个理想的人体样本，将一个3D的模型放在身体的周围，为身体的不同部位做出精细定位，并用不同的颜色来表示，将人体的结构信息数字化，通过显像技术，在屏幕上显示出一个十分“真实”的模拟人体雏形，再将从理想样本上获得的各种数据赋加到这个模拟人体上，从而构造出一个完整的虚拟人体。这个虚拟人体可以在许多方面替代真实人体作为实验研究的对象，这样就可以在进行创新性实验的同时规避掉许多不必要的危险。例如为了培养优秀的外科医生，现在可以在虚拟人体上进行反复的练习操作，反复的实践直到操作纯熟。虚拟人体也可以在尝试了多种手术方法之后，为医生们制定最优的手术计划提供科学的参考依据。在制药实验中，虚拟人体同样也可以发挥巨大的作用，让虚拟病人服用实验药物，通过计算机观察病人的各项生理反应，进行相关研究分析，可以提高医生给患者用药的准确度并且大幅度提高研制新药的效率。

虚拟内窥镜是用来模拟传统光学内窥镜的一种新手段。患者在接受传统的检查时往往因为接触式检查而不得不面临许多痛苦，虚拟内窥镜就克服了这种需要插入人体来检查患部的方式带来的问题。例如为了完成一次模拟检查，在计算机上运行的软件需要一组虚拟内窥镜和带有纹理的腔道解剖模型，内置触觉反馈器，如果虚拟内窥镜的末端接触到了腔体的内壁，系统就会发出“咳嗽”的响应，同时操作人员就会感受到系统发出的阻力，阻止操作员在该部位继续检查。在整个过程中，软件会帮我们记录下操作的时间，失误的次数以及未检查到位的腔段，从而在训练的过程中提高操作员的技术水平，为医生快速做出正确诊断提供有力依据。这项技术目前主要应用于对内耳、气管、支气管、食管、心脏、胃、肠、血管等具有空腔结构的组织器官的检查中。

虚拟静脉注射也是医学虚拟现实技术另一个不错的应用。其过程就是培训人员一只手手持一个带有传感器的手柄来模拟病人需要静脉注射的部位，另一只手手持一个真正的注射器，当注射器被推入到正确的触觉接口时，手柄可模拟出变形，否则将不做出反应。这项技术可供护士们反复练习，提高静脉注射的水平，减少病人们就医时不愉快的注射经历，从而减少护士与患者之间的纠纷。

虚拟外科手术利用各种影像数据，建立出模拟的环境，进行手术计划的制定，制定好计划之后又可以进行反复的手术演练，手术教学。这样不仅提高了医生们的手术水平，培养了刚刚上岗的医生们面对各种突发状况的随机应变能力，还大大降低了手术过程中不必要失误的发生率。同时可以将整个过程制作成影像资料，供医学生们揣摩学习，进行实践教学的模拟训练，增强动手能力。

虚拟康复训练通过抠像技术，可以让患者的形象尽可能“真实”的呈现在屏幕上，然后患者可以根据屏幕上的要求和提示做各种训练动作，直到完成设定的训练目标。屏幕中虚拟的场景可以提供给患者一个单独、安全的练习、强化特定动作的环境，它以游戏的方式呈现出原本的康复训练过程，一旦在康复的过程中出现失误，不会立刻对患者的身体造成不可复原的伤害，安全性相对得到了保障。目前主要用于术后康复、中风康复等。虚拟康复训练通过简单游戏的方式，让原本枯燥乏味的康复训练变得更加生动更加有趣味性，明显缓解了许多患者的排斥心理以及由于自己现阶段无法自理而产生的巨大生活压力。

4 医学虚拟现实的前景

虚拟现实技术的前景一片光明，从某种意义而言它正在改变人们固有的思维模式，人们原本的生活习惯，甚至改变人们对自我与世界的认知。与此同时，由于医学这门学科的特殊性与重要性，它不仅要求学生能够熟练地掌握专业知识，更要求学生培养出强悍的实践动手能力。目前许多医学类高校的教学现状是“纸上谈兵”，即学校能够做到教给学生足够丰富的理论知识，然而却没能有与之相当的实践教学来加以辅助，这样的矛盾必然会使医学教学逐渐走下坡路，如果放任这样下去，过不了几年，我国的医学发展都会受到影响。因此，随着目前我国医疗事业和现代计算机技术的不断发展壮大，为解决上述矛盾，让医学生提高学习的质量和效果，医学虚拟现实技术必然会在医学教学中越来越普及、越来越深入。人们坚持不懈的探索，也会让虚拟现实技术在医学领域中的应用愈加多样、愈加广泛，为我国的医疗事业注入强大的生命力。

[1]申蔚,曾文琪,虚拟现实技术[M],1版,北京,清华大学出版社,2009:3-35.

[2]赵群,娄岩,医学虚拟现实技术及应用[M].1版,北京,人民邮电出版社,2014:3-203.

[3]刘光然,虚拟现实技术[M].1版,北京,清华大学出版社,2011:2-53.

[4]杰里米·拜伦森,虚拟革命的黎明[R].百度百家,2014.