虚拟现实（VR）技术在院前急救的应用前景

曹悦

摘要： 虚拟现实技术的快速崛起，展现出其应用在各个领域中的巨大可能性。本文简述了虚拟现实技术的定义和特点，并探讨其在院前急救工作中的应用潜力，同时对虚拟现实技术存在的问题及发展前景进行了浅析。

【关键词】虚拟现实技术 院前急救 应用

虚拟现实（Virtual Reality，以下簡称VR）技术是一种可以创建虚拟环境，并让用户体验其中的计算机仿真系统，它用计算机生成一种多源信息融合、交互式的三维动态视景，其实体行为的系统可以使用户唤醒或复制对真实世界的感受，从而沉浸到该模拟环境中。VR技术己被运用在多个领域中，其在院前急救工作中也展现出越来越多的可能性。

1 VR技术的发展阶段及特性

1.1 VR技术的发展大体可分为四个阶段。

第一阶段（1963年以前）。VR思想其实就是生物对真实环境中五感的交互式模拟，美国科幻小说家斯坦利·温鲍姆于1935年在他的小说中首次构想了以眼镜为基础、涉及视觉、触觉、嗅觉的沉浸式体验虚拟现实概念，这是目前可以追溯到的最早的关于VR的构想。莫顿·海利在1957到1962年之间，研究并发明了Sensorama，并在1962年申请了专利。这种“全传感仿真器”的发明，蕴涵了虚拟现实技术的思想理论。

第二阶段（1963-1972年）。美国计算机图形学之父伊凡·苏泽兰于1968年开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD及头部位置跟踪系统，是VR技术发展史上一个重要的里程碑。这是VR技术的萌芽阶段。

第三阶段（1973-1989年）。该阶段主要有两件大事，M.W.Krueger设计了一个可以产生虚拟图形环境的VIDEOPLACE系统，使体验者的图像投影能实时地响应自己的活动。另外一件则是由M.MGreevy领导完成的VIEW系统，它是让穿戴数据手套和头部跟踪器的体验者，通过语言、手势等交互方式，形成虚拟现实系统。这时虚拟现实概念和理论己初步形成。

第四阶段（1990至今）。1992年美国交互式系统项目工作组的报告中对VR提出了较系统的论述，并确定和建议了未来虚拟现实环境领域的研究方向。其后，各领域公司都相继推出自己的VR设备，从此VR设备真正走入了大众的视野，VR理论也得到进一步完善和应用。

可以认为，VR技术的核心是建模与仿真，它是计算机图形学、仿真技术、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的集合，是一个极富挑战性的前沿科技和研究领域。

1.2 VR技术主要有四个特性。

1.2.1 多感知性

普通计算机一般只具有最基础的视觉和听觉感知，而VR技术应当具有触觉感知、物理感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉感知等。理想的VR技术应该具有一切人所具有的感知功能。

1.2.2 存在感

指体验者存在于虚拟环境中的真实程度。理想的虚拟环境应该让体验者沉浸于数据空间中，以更自然、更直接的方式进行操作并得到反馈，觉得自己身临其境，是虚拟环境的一份子，而不是一个旁观者。

1.2.3 交互性

指体验者对虚拟环境的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。在这种虚拟环境中，体验者可以利用一些传感设备进行操作，而这种操作的感受就像是在现实世界中活动一样。

1.2.4 自主性

指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度。比如环境中的物体遇到某种操作，而这种操作在遵循物理定律的原则下，会有各种可能性，从而反馈出不同的结果。

2 VR技术在院前急救工作中的应用潜力

VR技术应用于医学，称之为虚拟医学或仿真医学。随着信息科学和生命科学的飞速发展，不同学科间的交叉和渗透，使得VR技术越来越多地应用到医学领域。在医学教学和仿真训练等方面，VR技术有着不可替代和令人振奋的发展前景。

2.1 在急救教学中的应用

介于VR技术的特征，将其应用于急救教学中，对医学生专业技能的培养具有独特的优势。通过VR技术可以生成平时难以表现的模拟教学场景，学生利用VR设备可以在更具有感官性的环境下体验学习，不仅能够看到一个三维空间的环境还可以参与其中，较之平面教学会更容易理解和操作，并且更具真实感。例如人体解剖学，传统的人体解剖学以课堂讲解为主，再结合图谱、模型和尸体解剖来加深学生的理解，如若缺少尸体标本将会严重影响教学效果，而通过VR技术将人体的器官、组织、系统，细胞，生理及病理情况等各类信息数字化，建立出虚拟人体，在虚拟环境下对虚拟人体进行各种操作，例如放大缩小、旋转平移，还可以单独观察不同部位的三维模型。学生在虚拟环境中还可以利用虚拟器械模拟解剖操作。VR技术能让学生在虚拟人体上进行学习和操作，将抽象转为具象，既可以调动学生的学习热情，加深了记忆，也可解决尸体标本缺乏问题，降低了教学成本。

2.2 在应急演练中的作用

传统的应急演练首先需投入大量的人力和财力模拟一个危险的场景，例如大型事故，大型灾难等，并且伴有一定的危险性，如果利用VR技术，能轻松创建一个具有真实感的危险场景，并且极大的减少危险性。例如以往的应急演练，未必能制造一个现实的灾难场景，只能利用警报声通知演练开始，体验者的撤离可能变成了一场单纯的跑步运动，缺乏紧张感和真实感，当灾难真的发生时依旧不会自救互救。若利用VR技术，可以创建出一个还原度百分之百的灾难场景，甚至可以做出不同类型的伤员，让体验者身临其境感受到灾难带来的心理和身体的双重感官印象，增加紧张感和危机感。体验者可以通过身体记忆在虚拟场景中认识急救包，AED等各种救援器材器械的样子、位置以及正确的使用方法，在与虚拟环境的互动中提高心理素质，学会怎么保护自己，帮助别人。VR模拟演练不仅直观、真实，还可以重复利用，极大的节约了成本，也减少了意外伤害。

2.3 在急救科普中的应用

急救工作就是和时间赛跑，例如心肺复苏（CPR）是院前急救中一个非常重要的手段，CPR是针对骤停的心脏和呼吸采取的救命技术，越早CPR存活率越高，而CPR现实中只能利用模拟人进行培训和操作，并且受众狭窄，普通市民很难接触到。如果利用VR技术进行CPR模拟，就可以填补空白，在虚拟环境中，体验者可以经历一个完整的心肺复苏急救过程，该模拟内容可以让体验者学会CPR的流程和要点，而且每一步骤的应用更详细到身体相对应的部位，普通市民也可以直观的学习到如何操作。不仅仅是CPR，其他例如骨折、外伤，呼吸道异物等突发情况，在等待救护人员赶到现场的时间，甚至可以利用网络和VR技术在双方建立同样的虚拟场景，由救护车上的医生远程指导市民进行自救。

3 VR技术存在的问题和发展前景

VR技术将来会发展成一种改变我们生活方式的新突破，但是距离真正的应用还有一段很长的路要走。例如VR设备的连接限制了体验者的活动范围；模拟动作的局限性；容易让人感到疲劳；成本较高；如何创建最真实的环境等，这些都是目前需要解决的问题。即使如此，VR技术在各领域的介入己成为必然，医学领域亦不例外，如今，VR技术已经在骨科、普通外科、神经外科、泌尿外科、胸外科、妇产科等众多学科的临床诊疗和手术教学方面得到了不同程度的应用。今后，随着医学技术的不断发展和VR技术的日趋成熟，终有一天它将成为我们与计算机交互方式最大的一种转型，改变人们与科技之间的关系，为医疗事业带来重大的变革。

参考文献

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