虛擬現實技術在醫學上的應用

摘 要：虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它是多種技術的綜合，在醫學中具有十分重要的作用。首先簡單介紹了虛擬現實技術的產生與發展，然后分別介紹了虛擬現實技術在虛擬手術、虛擬教學、心理治療和遠程醫療方面的應用及其所用到的技術方法，最后總結了虛擬現實技術在醫學上的應用與發展，并對其今后的發展前景作出了展望。

關鍵詞：虛擬現實；虛擬手術；心理治療；遠程醫療

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.161

虛擬現實是一種多元信息融合的新型人機交互設備，人們可以通過人體的各種感知通道，例如視覺、聽覺、觸覺、甚至味覺、嗅覺、平衡感、超失重感、加速度感等物理反應來感知計算機模擬的虛擬世界。虛擬現實技術作為一門新興學科，其在醫學領域的應用前景良好。目前，虛擬現實技術已經廣泛地應用于手術模擬、醫學教學、心理治療、遠程醫療、輔助診斷、訓練系統等方面。但是由于技術上的局限性，這些應用多是采用一種特殊結構的簡化模型，或者是基于預處理原始圖像的，并且有些儀器設備實用性并不是太好，所以目前為止還仍然沒有一種VR系統能夠完全用于具體的臨床應用。

本文首先簡單介紹了虛擬現實的概念，然后分別詳述了虛擬現實技術在虛擬手術、虛擬教學、心理治療和遠程醫療方面的應用及其所用到的技術方法，進而比較了虛擬現實技術在臨床應用上的優缺點。

1 虛擬現實技術的發展

虛擬現實技術是利用計算機生成的一種模擬環境，例如飛機貨艙、現場操作等。虛擬現實技術主要包括模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等方面，當用戶需要構造當前不存在和人類不可到達的環境或創建虛擬環境，以代替耗資巨大的現實環境時，虛擬現實技術就發揮著至關重要的作用。參與者可以通過人機交互傳感設備沉浸于該實時動態的三維模擬環境中，通過眼睛、耳朵、手等自然人體器官，調動多感知通道，由計算機來處理與參與者動作相適應的數據，對參與者的輸入作出實時響應，并分別反饋到參與者的五官感知通道。

2 在醫學上的應用

2.1 虛擬手術

早在1986 年，日本、美國和瑞士三個國家就幾乎同時開發出了最初的計算機輔助手術系統，它是由交互式CT機組成的導航設備。隨著科學技術的不斷發展，模擬手術仿真系統逐漸更新完善，目前已經成為可以利用可視化的醫學數據，應用計算機圖形學重構出虛擬人體軟組織模型，模擬出虛擬的醫學環境，并利用觸覺交互設備與之進行交互的手術系統。實用、直觀、精確是虛擬手術模擬技術的優勢所在。正因如此，其在臨床手術中所涉及的各種過程，包括手術計劃的制訂、手術的預演、術中操控手術、術后恢復復健都發揮著不可小覷的作用。

2.2 心理治療

在心理治療方面，VR技術最早被應用于各類恐懼癥的治療，例如恐高癥、飛行恐懼癥等心理疾病的治療。近年來，國外在這方面的研究發展迅速，國內則相對落后。目前，VR技術已經應用于治療社交焦慮癥、創傷后應激性障礙、厭食癥、精神分裂癥等心理精神疾病。臨床實踐表明，心理治療中運用VR技術不僅可以顯著地改善治療條件和保證患者的安全，而且有助于嚴格地保護患者的隱私權，促進了醫患關系的和諧發展。

2.3 遠程醫療

遠程醫療是利用虛擬現實技術和網絡技術，通過遠程控制操作設備將本地醫院與異地醫院建立起遠程醫療系統，獲得其健康護理及相關疾病治療的實時動態和先進技術。遠距離病人的各種生理特征、病理參數都可以在虛擬患者的身上呈現，醫生只需對虛擬患者進行手術，并通過因特網將其動作傳遞到遠端的手術機器人，由機器人對患者進行手術。手術的整個流程將機器人攝像頭進行實時拍攝并傳送給遠端醫生的頭盔立體顯示器，將數據與虛擬患者模型進行比較，醫生可以及時了解手術進展情況，并發號施令進行接下來的操作。

3 發展與展望

綜上所述，虛擬現實技術已經在虛擬手術、心理治療、遠程醫療等醫學領域方面取得了一定成果。虛擬手術的發展為術中導航技術提供了強有力的支持，引進了手術機器人、開放式核磁共振儀、力反饋機制等先進設備儀器，使得微創和無創手術逐漸代替傳統手術。虛擬現實和計算機技術的應用將會成為重要的心理治療技術。

VR技術是多學科多領域互相交叉、滲透、融合的產物，其在醫學領域應用的終極目標是完善醫學實踐體系。為了實現最終目標，目前所能做的應該是充分利用現有資源技術，完善社區醫療服務體系和養老服務體系。

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作者簡介：張曉宇（1996—），女，山東濟寧人，就讀于山東中醫藥大學計算機科學與技術專業。

〔編輯：王霞〕