虛擬現實在醫學教育中的應用

王　偉　陳　輝

摘要 介紹虛擬現實概念及其特征，分析虛擬現實在醫學教育中廣泛應用的原因，著重討論虛擬現實在課堂教學、實驗教學和臨床教學中的應用。

關鍵詞 虛擬現實；虛擬實驗室；虛擬手術

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

1 虛擬現實的基本概念及特征

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

1.1 沉浸感沉浸感是指學習者全身心地沉浸于虛擬環境中，與環境中各種對象相互融合，成為環境的一部分。學習者不是旁觀者由外向內觀察環境，而是全身心融入環境之中。這種沉浸感應用于醫學教育中，可以使虛擬教學場景中的學生體會到一個與現實更加接近的教學情景，學生全身心地投入其中，能夠更加深入地學習所學課程。

1.2 交互性交互性是指學習者通過使用特殊設備，用人類的自然技能實現對虛擬環境的操作。學習者通過身體運動等自然技能，實現對環境中對象的操作；計算機則根據學習者的身體運動等，來實時調整環境中相關對象的狀態。這種交互性應用于醫學教育中，可以使醫學院校在保證辦學質量的前提下，大大降低辦學成本。

1.3 構思性構思性是指虛擬環境賦予學習者無限的想象空間。虛擬環境把主動權交給學習者，學習者可以通過對環境的考察和操作，進行自主的創造性活動。這種構思性應用于醫學教育中，可使學生自主選擇學習方法，充分挖掘自身潛力。

2 虛擬現實在醫學教育中的應用

伴隨著我國醫療事業和IT技術的不斷發展壯大，虛擬現實[1]在醫學課堂教學、實驗教學、臨床培訓等領域得到了廣泛應用。

2.1 虛擬課堂在醫學課堂教學過程中，教師經常會遇到一些內容生澀難懂的章節，如果利用板書等傳統教育手段，教學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內容，將“虛擬人”應用于教學過程是虛擬課堂的一個典型實例。“虛擬人”是指把人體形態學、物理學和生物學等信息，通過大型計算機處理而實現的數字化虛擬人體。“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，利用相關技術最終合成人體的三維結構（如圖1所示）。實驗證明，學生在課堂上能以三維的形式看到人體數千個解剖結構的形狀、位置及器官間的相互空間關系等，學習興趣和效果顯著提高。

2.2 虛擬實驗室目前，高等醫學院校實驗教學中普遍存在著資源有限和教學效果不佳等現象。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]是指在計算機系統中采用虛擬現實技術營造各種虛擬實驗環境，實驗者可以像在真實的實驗環境中一樣完成各種實驗項目。如圖2所示，診斷學虛擬實驗室是一個基于C/S模式的虛擬實驗室系統。系統以虛擬病人為主體，建立起各種疾病相關的患者模型。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，診斷學虛擬實驗室打破了傳統實驗教學的時空限制，為學生提供逼真的診斷學實驗，在調動學生學習積極性和實現實驗教學的跨越式方面具有重要作用。

2.3 虛擬手術傳統的手術訓練方法成本較高，訓練的安全性、真實性和參與性不強，效果不夠理想。虛擬手術[3]是指通過虛擬現實技術，利用各種醫學影像數據在計算機中建立一個虛擬環境，醫生借助這個環境中的相關信息進行手術計劃、訓練以及在實際手術過程中引導的一種新興技術。在虛擬手術系統中，操作者帶上立體眼鏡進入環境，通過數據手套對環境中“虛擬人”的相關組織進行操作。虛擬手術系統可為操作者提供一個極具真實感和沉浸感的訓練環境，制造很好的臨場感，并且能大幅降低手術的培訓成本，所以具有很好的應用空間。

2.4 虛擬培訓傳統的臨床培訓模式主要以教師口述為主，由于培訓往往停留在書本上，缺乏實戰演練，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，實際應用中，可以利用虛擬現實技術，模擬患者的這種因恐懼而產生的抗拒反應，以提高靜脈穿刺的訓練質量。將虛擬現實技術應用在臨床培訓中，在保障學生安全的基礎上，不僅能使學生身臨其境，增加真實感，而且還能縮短培訓時間，減少培訓成本。

3 結束語

虛擬現實應用于醫學教育中，對提高教育技術水平，改善教學實驗環境，優化教學過程，培養具有創新意識和實踐能力的新時代醫學人才具有深遠的影響。可以預見，隨著我國醫療事業和IT事業的不斷發展壯大，虛擬現實在醫學教育中的應用將更廣泛、深入。

參考文獻

[1]羅偉,李珊,蔡宇,魏曉峰.虛擬現實技術在醫學臨床教學中的應用[J].中國誤診學雜志,2006,8(16)

[2]黃一虹,王志榮,徐晤,李洪春,曹若男,趙強.診斷學虛擬實驗室的構建及其應用探索[J].檢驗醫學教育,2007,14(2)

[3]北京航空航天大學虛擬現實技術國家重點實驗室[EB/OL].http://www.vrlab.buaa.edu.cn/