VR技术在耳部解剖学习中的应用

侯炜

VR技术是将计算机图形技术、广角立体显示技术等多种技术融合在一起，在《虚拟现实艺术：形而上的终极再创造》中“以虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等人工智能技术作为媒介手段加以运用的艺术形式”称之为虚拟现实艺术，简称VR艺术[1]。VR技术在医学领域中应用十分广泛，可以建立虚拟人体模型，并借助跟踪球、感觉手套、HMD充分了解内部各个器官的结构。相比较传统的教科书式的学习更加有效，同时不受场地、标本等的限制，应用起来方便快捷。目前在国内采用的标本主要是塑胶或者是人体标本。塑胶标本容易损坏，仿真度差，达不到理想的效果；人体标本来源有限，资源稀缺[2]。标本的缺失已经影响到了教学的质量。VR技术的应用刚好缓解了标本缺失的现状，进一步提高了教学的质量。

1 VR技术的特征

虚拟现实技术（VR技术）具有交互性，是利用人体的各项感官包括：听觉、嗅觉、视觉等体验虚拟世界，从而产生身临其境的感觉，最大程度的保证了事物的还原性、真实性，达到高仿的地步，从而帮助人们获取信息。VR技术是传感技术、计算机技术、图像技术等多种技术结合的产物。总的来说，虚拟技术是在多维度空间里对事物进行建模，帮助人们获取新的信息。VR技术主要具有以下4个特征：（1）交互性。人们可以通过虚拟世界与虚拟世界的东西进行交互[3]；（2）构想性。主要通过对虚拟事物的操作，提高对事物的认知，从而促进概念的形成以及认识；（3）沉浸性。由于虚拟世界的高仿性，人们沉浸在这种环境里。VR技术充分发挥参与者的各项感官功能，全方位的启发人们的思维；（4）多感知性。VR技术是三维立体的，并通过声音、图片、触摸等方式进行感知，充分调动了视觉、听觉、触觉等进行感知。

2 VR技术在耳部解剖实践的条件

要想建立虚拟的耳部解剖模型，除了硬件与软件之外，还需要对耳部的构造有所了解。

2.1 硬件与软件

硬件主要是数据储存设备、人机交互设备、中央处理设备等。软件主要包括虚拟现实显示软件、平台开发软件以及系统软件等。目前的虚拟系统主要有共享型虚拟现实系统，主要是用户在同一个虚拟空间中进行操作，达到相互合作，共同研究的目的[4]；其次是桌面虚拟现实系统，这种系统操作简单，上手快，但容易受到周围的环境的影响，再者是沉浸式虚拟系统，通过进入到一个封闭的虚拟空间中，进行操作，给人一种很逼真的感觉，但是操作难度较大，实用比较麻烦[5]。

2.2 耳部的构造

耳主要包括外耳、中耳、内耳。外耳由外耳道和耳廓组成。外耳道上的腺体以及耳毛能够阻挡外界异物，外耳道是一条弯曲的管道，由软骨部与骨部组成。外耳道与中耳以鼓膜为界限，外界的刺激使得鼓膜振动。中耳由鼓室、咽鼓管等组成。内耳由前庭、耳蜗、半规管3个部分组成，由一系列管腔组成，称之为迷路。听觉感受器就位于耳蜗。外界的刺激通过耳廓进行搜集，经过外耳道传到鼓膜，使得鼓膜振动，振动继续传导，传到听小骨之后，通过听骨链使得振动力量加强，接着引起耳蜗内淋巴振动，刺激位于内耳的听觉感受器，感受器产生的神经冲动通过耳蜗神经传导到的大脑的听觉中枢，随之产生听觉。金艳、王海[6]认为在进行虚拟模型的建立的时候，可以创建整体三维模型，对可剖分实体，应以剖切面为界分2个部分处理，对于装配形体，复杂组合形体，应分别创建组成部分。因此在进行耳部解剖的虚拟模拟的建立的时候，首先要分清哪些为可剖分实体、应以剖切面。

3 VR技术在耳部解剖学习中的应用的优势

耳部的生理学形态、生理功能、解剖形态，以及外耳、中耳、内耳各个组织之间的关系都是解剖学当中的难点，通过耳部三维数字化的模型的建立，较少成本以及模型的耗费，不仅能够减少资源的浪费，还能更进一步的加强对耳部解剖形态的进一步研究。

3.1 避免有害气体的危害

各种人体标本所用的尸体都是经过福尔马林等防腐剂的处理进行保存，福尔马林气味刺鼻，而且富含致癌物质。在耳部解剖学习中不仅对人的鼻腔造成损害，还会使得眼睛结膜产生不适应。通过VR虚拟技术的应用，避免了传统学习中这些标本造成的伤害，减少了致癌物质对人体的影响。

3.2 提升学习的兴趣

静态的事物往往不容易引起人们的兴趣，可听、可看、可动的事物更容易引起人们的兴趣。在传统的耳部解剖学习中，呈现在面前的就是耳部的平面图，当鼓膜受到刺激的时候静态并不能很好地表现出来，VR技术在耳部解剖的学习中充分利用动画、视频功能达到声形俱佳的状态，能够生动形象的表示出鼓膜的震动，听觉的形成。增加了耳部学习的趣味性，加强对耳部生理结构的认识。同时可以通过动态的模拟听觉的形成过程，进一步促进对耳部的学习，把以往单纯的文字、图片转换成立体动态的，生动形象的展示耳部的解剖图，提升学习以及探索的兴趣，从而发觉其中的知识点[7]。

3.3 提升耳部学习质量

通过VR虚拟技术，解决标本缺失的问题。同时可以多角度多层次的进行观察。耳部结构复杂，如鼓膜与听小骨、鼓室之间的位置，之间的联系，听觉神经的分布以及传导通路，在学习中通过VR虚拟技术进行耳部立体模型的构建，充分展示耳部的立体构象，帮助学习，加深印象，从整体再到局部进行充分的展示。鼓膜、听小骨、前庭、耳蜗的位置关系，并从不同的角度进行反映出来，将抽象的事物具体化，静态的事物动态化，复杂的问题简单化。孙兵等[3]认为虚拟技术能够将超薄层扫描、影像数据以及三维重建技术等结合在一起，为人体解剖提供了依据，并通过虚拟仿真技术对静脉进行解剖，为手术选择了合适的手术入路。高璐[8]认为虚拟解剖更能直观的看清各器官的病理生理性变化，并且不需要触摸尸体， 不破坏器官组织结构并能够提供3D结构，并对一些肉眼看不到的不能显示的结构进行放大。适合对像耳部这类复杂精细的器官进行解剖检验。

4 VR技术在耳部解剖学习中应用的劣势

4.1 VR技术模拟耳部不能完全达到真正立体

VR技术虽然是高仿的，但并不能全部代替真实标本，和真实的耳部标本有所区别，在学习的过程中不能够进一步真实的感受。虚拟技术虽然是三维立体的，但是也是通过图片进行建立，并不能达到真正意义上的立体。人体的器官虽然大同小异但是存在明显的个体差异[9]。在进行耳部解剖学习中，并不像VR技术中那样干净整洁，即使在理论上通过VR技术了解了耳部的生理构造，但是在耳部解剖的实际操作中，可能出现不知所措的现象。郝海峰[10]认为虚拟模拟不能全部代替亲手解剖，和真实的人体构造存在本质上的区别，在实际的解剖过程中对实际部位的辨认分析，往往达不到熟练的要求。

4.2 VR技术在进行耳部模拟时技术要求高

VR技术含量较高，在进行耳部图像处理的时候，通常需要利用PPT、3DMAX进行图像的处理，如果不是专业的人士，在进行虚拟模拟耳部构造的时候可能出现偏差，图像失真，或者做出来的图像跟想象中耳部构造不一。医学专业人员对耳部的构造很熟悉，在对耳部解剖也能熟练的掌握，但利用VR技术进行虚拟模拟就可能出现一定的问题。这就要求不仅需要对VR技术进行掌握，还需要更进一步的对耳部或者人体的其他器官有所了解。

5 结论

在人体解剖的学习中用的较多的就是书本上实际的静态图，或者是根据多媒体进行探讨，又由于实际标本的有限，且又受场地、时间、空间等的限制，再加上耳部的解剖结构较复杂，在实际的操作中很难从单一的标本二维图像进行分析探讨，尤其对一些空间立体感较差的人，在学习的过程中，很难将抽象的事物进行具体化，这就给耳部的研究带来了极大的不便，因此在实际的操作中需要扬长避短充分发挥VR技术的长处，合理科学的应用，促进耳部以及人体解剖的学习。

参考文献

[1]汤可，鲍圣德，周敬安，等. 虚拟现实技术量化经额入路显露海绵窦区显微解剖研究[J]. 中国现代神经疾病杂志，2011，11（6）：590-594.

[2]鄢思倩，刘力. 虚拟解剖技术在溺死检验中的研究进展[J]. 刑事技术，2016，41（1）：13-15.

[3]孙兵，杨德林，顾士欣，等. 三维仿真技术虚拟labbé静脉解剖在神经外科手术中的应用[J]. 临床神经外科杂志，2008，5（2）：61-63.

[4]李世清，王守森，高进喜，等. 窦汇区影像解剖的虚拟现实技术研究[J]. 中国临床解剖学杂志，2014，32（1）：26-30.

[5]焦培峰，张美超，李本富. 基于Virtools虚拟现实技术的三维解剖图谱开发[J]. 计算机工程与科学，2014，36（8）：1555-1559.

[6]金艳，王海. 虚拟现实技术在解剖实验室的应用与研究[J]. 中国社区医师（医学专业），2011，13（2）：239-240.

[7]范敏，戴培山. 人体解剖生理学课程引入虚拟现实技术的教改探索[J]. 科教文汇（下旬刊），2014（10）：103-104，111.

[8]高璐，张晓红，金海威，等. 虚拟现实技术在口腔颌面部解剖及三维数字模型构建中的应用[J]. 中国组织工程研究，2015，19（46）：7492-7497.

[9]王涛，张步彩，程汉，等 高职动物解剖虚拟实验技术与数码互动系统的建设与实践[J]. 黑龙江畜牧兽医，2014（22）：117-119.

[10]郝海峰. 虚拟现实技术在解剖实验教学中的利弊分析[J]. 基层医学论坛，2009，13（2）：59-60.