探討基于虛擬現實技術的仿真醫療情境的應用

◆曾嘉霖 黃昉菀

(福建醫科大學協和臨床醫學院教務科，福州大學計算機專業)

探討基于虛擬現實技術的仿真醫療情境的應用

◆曾嘉霖 黃昉菀

(福建醫科大學協和臨床醫學院教務科，福州大學計算機專業)

伴隨著醫學教育規模的迅速擴大和病患維權意識的不斷增強，臨床醫學教育與醫療資源之間的矛盾日益凸顯，以仿真醫療情境替代現實醫療情境正成為大勢所趨。本文在簡要介紹虛擬現實技術的基礎上，重點探討了仿真醫療情境在現實中的應用。

虛擬現實 仿真醫療情境 應用

伴隨著經濟、社會的發展，醫院已從單純醫療疾病的場所逐漸演變為集診療、保健、預防、康復、科研與教學等多項功能的綜合場所。現實中的醫院在集多項功能于一身的前提下，如何協調好各項功能之間的關系?同時，在醫學教育模式轉變，醫學教育規模迅速擴大和病患維權意識不斷增強的大環境下，如何緩解醫療資源與社會需求之間的矛盾?優化醫療環境，實現以人為本的現代化管理理念，營造和諧、溫馨、人性化的醫療環境，滿足現實社會對醫院不斷上升的期望值已是大勢所趨。計算機虛擬現實技術的發展，使仿真醫療情境的實現成為可能。仿真醫療情境可以輔助臨床醫學教育、開展臨床技能培訓與考核、實現遠程醫療等，這在一定程度上可以緩解臨床醫學教育與醫療資源緊張之間的矛盾，優化醫療環境，促進現代化醫院的和諧發展。以下將探討基于虛擬現實技術的仿真醫療情境在現實中的應用。

一、虛擬現實技術簡介

虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)是近年來計算機領域出現的高新技術。它綜合了計算機圖形學、仿真、多媒體、人工智能、網絡、并行處理和多傳感器等多項技術，利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內的事物。

Grigore Burdea和Philippe Coiffet在《Virtual Reality Technology》一書中指出，虛擬現實具有三個最突出的特征，即“3I”特征:沉浸感(Immersion)、交互性(Interactivity)和構想性(Imagination)。沉浸感是指用戶感到作為主角存在于虛擬環境中的真實程度。為了實現該特征，必須首先獲取實際環境的三維數據，并根據應用的需要，將獲取的三維數據輸入計算機，利用環境建模技術建立仿真醫療情境。其次，交互性是指用戶通過使用專用設備，如跟蹤球、頭戴式可視設備、數據手套等，對虛擬環境內物體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度(包括實時性)。而構想性則強調該技術應具有廣闊的想象空間，不僅可再現真實存在的環境，也可以實現客觀不存在甚至是不可能發生的環境。

虛擬現實技術的“3I”特征在仿真醫療情境中都有所要求。例如在虛擬手術系統中，為了實現良好的沉浸感，可把立體視景鏡、超級電腦和巨型屏幕影像結合起來，為操作者提供一個極具真實感和臨場感的手術環境。操作者通過佩帶一個頭盔顯示器就可以看到一個虛擬的人體立體視圖，該虛擬人體具有正在工作的肌肉骨骼系統和完整的器官系統，因而它能向真實的人體一樣具有生命力。而為了實現虛擬環境中的手術操作，外科醫生需要戴著數據手套，拿著虛擬手術刀，并配備位置跟蹤定位裝置，這樣便可以精確地跟蹤人體的運動和位置，以及醫生和虛擬病人之間的手術動作。而構想性對于虛擬手術系統的應用也是非常重要的。在現實世界中，醫學生很難有機會接觸到一些罕見的疑難雜癥，而借助虛擬現實技術，可以在虛擬人上生成各種各樣的病癥，來幫助醫學生進行醫療訓練。

作為一種新興技術，虛擬現實已廣泛應用于軍事、教育、醫學、產品設計、科學可視化、訓練、建筑、娛樂等各個方面。其中，虛擬現實在仿真醫療情境中的應用具有十分重要的現實意義，利用該技術可建立模擬病人和模擬臨床的場景，代替現實醫療情境進行臨床教學和實踐，這在一定程度上緩解了醫療資源的緊張，優化了醫療環境。

二、仿真醫療情境在現實中的應用

1.臨床醫學教育

傳統的臨床醫學教學模式是在臨床教師的指導下，在現實的醫療環境中，將病人作為直接的教學對象，培養醫學生采集病史、體格檢查、臨床診治、技能操作等臨床實踐能力。但隨著《中華人民共和國執業醫師法》的出臺和患者自我保護意識的不斷增強以及對醫療結果期望值的升高，導致醫學生臨床實踐活動和臨床技能訓練的機會明顯減少。此外，伴隨著醫學教育規模的迅速擴大，醫學生人數的增加和有限的臨床見實習教學資源的矛盾日益激化，與理論教學相比，臨床醫學教學資源緊缺的狀況日益突顯。上述兩個問題已成為困擾現代醫學教育發展的難題，傳統的臨床醫學教育體系已經不能適應高等醫學教育以及繼續醫學教育發展的需求。

為了解決上述難題，可運用計算機虛擬現實技術，將一些常見病、多發病的癥狀體征設定為參數，結合虛擬人體模型，建立仿真醫療情境。在仿真醫療情境中，醫學生可以在理論學習的基礎上增強感性認識，提高教學效果。針對畢業后以學習新理論、新知識、新技術、新方法為主的繼續醫學教育，仿真醫療情境同樣可以為在職醫務人員不斷提高專業工作能力和業務水平提供幫助。仿真醫療情境的優越性和教學效果是不可估量和不可比擬的。以仿真醫療情境替代現實醫療情境，正逐漸成為我國臨床醫學教學改革中具有廣泛應用前景的教育模式。

2.臨床技能培訓與考核

臨床技能可謂臨床醫師的“看家本領”。針對醫學生與資歷淺的臨床醫師的臨床技能培訓是臨床醫學教育的一項重要組成部分。基礎的臨床技能包括:詢問病史、體格檢查、診斷鑒別診斷、骨穿、胸穿、腹穿、腰穿、無菌術、鋪巾、切開、縫合等。運用虛擬現實技術，將上述一系列臨床技能操作的標準流程編成程序，然后與虛擬人體模型相結合，技能培訓對象可以在近似“標準化病人”的數字仿真人體模型上得到統一標準化的臨床技能訓練。

1998年6月26日通過的《中華人民共和國執業醫師法》，明確規定“國家實行醫師資格考試制度”。我國自1999年開始實施醫師執業考試。執業醫師考試采用了理論知識考試和臨床技能考試二種方式。臨床技能考試選用經過改良的多站考試法。部分高等醫學院校參照執業醫師臨床技能考試，也設立了臨床技能多站式的畢業技能考核。建成的仿真醫療情境可以為上述臨床技能的考核提供統一、標準化的臨床技能考核情境。

3.遠程醫療

遠程醫療是指通過計算機技術、通信技術與多媒體技術，同醫療技術相結合，旨在提高診斷與醫療水平、降低醫療開支、滿足廣大人民群眾保健需求的一項全新的醫療服務。目前，遠程醫療技術已經從最初的電視監護、電話遠程診斷發展到利用高速網絡進行數字、圖像、語音的綜合傳輸，并且實現了實時的語音和高清晰圖像的交流，為現代醫學的應用提供了更廣闊的發展空間。本文所探討建立的仿真醫療情境，為遠程醫療的實現提供了現實技術支持。虛擬現實技術與網絡技術結合，可以使得醫生親自對遠程的患者進行治療。例如遠程手術是利用虛擬現實技術將遠程傳送來的圖像仿真成手術場景，手術醫生在此場景下進行手術操作，傳感器將醫生的操作控制信號傳送到手術目的地，控制手術目的地的手術機器人或機器手完成手術。2003年，海軍總醫院神經外科中心與沈陽醫學院附屬中心醫院已聯合完成了l例遠程遙控機器人立體定向神經外科手術。

綜上所述，虛擬現實技術是具有廣闊應用前景的高端技術，從理論上來講，它可用于醫學領域的各個方面，但由于技術水平的限制，目前的應用還很有限。我國的虛擬現實技術起步較晚，但隨著國家對虛擬現實技術投人加大，以及信息高速公路的建設，可以預料基于虛擬現實技術的仿真醫療情境將在醫學上有更加廣泛、更加深入的應用，這必將給醫療事業帶來重大的變革。

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