虛擬現實技術在臨床醫學教育中的應用及思考

丁 晶，曾超美

(北京大學人民醫院，北京100044)

由于臨床醫學知識較為抽象復雜、臨床資源相對不足等原因，目前高等院校的臨床醫學教學工作難以有效地開展。近年來隨著虛擬現實技術不斷進步，其在醫學教育領域的應用也逐漸受到了人們的關注[1-2]。

一、虛擬現實技術

虛擬現實技術(Virtual Reality)，簡稱VR技術。其運用起源于20世紀60年代的美國，是一種在計算機圖形學、仿真技術、人機接口技術以及傳感技術的基礎上發展起來的多學科交叉滲透的一門新興技術。虛擬現實技術具有沉浸性、交互性以及構想性等特征，通過計算機技術生成一個逼真生動的感覺世界，允許使用者通過頭部轉動、眼球轉動、手勢及其他動作對虛擬實體進行交互考察，以此模擬或體驗真實過程[3]。20世紀80年代以后，隨著虛擬現實技術的進一步完善，其更加精確、直觀和形象化，并逐漸應用于醫學、軍事、設計以及藝術等諸多領域[4-5]。

二、虛擬現實技術在臨床醫學教學中應用

作為一門新興的技術，虛擬現實在醫學領域的應用備受矚目的。據早在1993年的統計，世界市場上出現的805個虛擬現實應用系統中就有49個應用于醫學[6]。至今虛擬現實被應用到教育領域已有30年左右的時間，其在臨床醫學教育中的應用亦十分廣泛。

1.在神經外科教學中的應用。在神經外科手術教學中，如何讓學生將神經解剖基礎知識與頭顱影像學資料相結合，形成立體的空間結構概念，從而能夠在手術中進行準確定位一直是神經外科教學中的一個難點。神經外科手術的培訓過程耗時耗力，難以重復，嚴重影響了臨床醫師的培養過程。利用患者頭顱和血管影像重構手術標本模型，再通過虛擬現實系統提供的切割、移動等工具模擬從切開頭皮、鉆顱骨、打開骨窗，到暴露病變部位等一系列過程，有效地模擬了真實的神經外科手術的定位過程。通過模擬手術訓練，熟練掌握手術操作過程，這樣即可以最大化地減少手術風險，因而虛擬仿真系統在培養神經外科醫師的同時，亦可以提高手術的成功率。當前國內上海第二軍醫大學長海醫院將VR技術應用于神經介入手術教學培訓，發現神經介入的VR培訓，可以讓受訓者盡快熟悉技術操作以及手術流程，增加受試者手眼協調能力，具有非常好地效果[7]。

2.在骨科學教學中的應用。由于骨科手術類型的多樣化，解剖結構的復雜性，以及手術視野狹小等因素的影響，初學者往往學習曲線較長，在較短時間內完全掌握這些技術比較困難。為了降低患者的手術風險和增加青年醫師的練習機會，既往骨科教學實踐往往是在尸體標本上進行操作來完成手術訓練，然而目前可供手術訓練的尸源較為緊缺，難以滿足臨床的需要。我國南方醫科大學附屬南方醫院脊柱骨病外科通過虛擬仿真三維軟件技術建立的人體骨骼、肌肉等模型，使學生通過人機交互，直觀輕松的理解骨科疾病的解剖生理基礎，將抽象的內容具體化、形象化，給學生留下了深刻的記憶，從而大大調動了學生的學習興趣[8]。

3.在婦產科臨床培訓中應用。婦產科學是臨床醫學教學中的重要內容，但是因為女性盆腔解剖結構復雜，臟器隱匿且組織形態抽象，增加了學生學習時掌握的難度。另外，婦產科患者和家屬的自我防范和保護隱私的意識較強，他們往往會拒絕婦科檢查示教，尤其是面對男性學生或醫生情況下，這使婦產科臨床帶教更加困難。而虛擬現實技術的出現，使得在符合倫理學的情況下，讓學生能夠更加深入的理解和學習婦產科相關知識成為可能。目前虛擬現實技術在婦產科多個方面已逐漸開始應用，其中以婦科腹腔鏡的培訓應用最為廣泛，第四代虛擬現實手術模擬系統已具有力學反饋功能和手術操作引導等功能，同時虛擬現實技術在婦科機器人手術培訓、宮腔鏡培訓、產科急癥處理培訓等多個方面都表現出學習曲線短、參與度高等優勢作用[9]。

4.虛擬現實技術在兒科臨床技能。在兒科臨床教學中，由于醫療資源有限和兒童患者的特殊性等原因，使得學生在臨床學習過程中面臨很多困難，例如動手操作機會少，患兒或其家長不配合問診查體等，從而影響了教學效果。哈爾濱醫科大學利用虛擬現實技術對患兒的診療環境進行的復雜、動態、人機交互的模擬，將兒科典型病例重現的虛擬系統，并將其應用于醫學生臨床實踐教學中，取得的良好的效果[10]。

除了上述方面，虛擬現實技術在支氣管鏡、泌尿外科腹腔鏡、外科手術培訓、眼科教學和口腔醫學教學等領域亦有著非常廣泛的應用，提高了學生們學習的積極性和主動性，鍛煉了臨床思維。

三、虛擬現實技術的優點及面臨挑戰

通過上述虛擬現實技術在臨床醫學教育領域的應用了解虛擬現實技術可以彌補醫學教學條件的不足，從而解決尸源緊張、病人不配合等導致的學生操作機會少的問題。在虛擬環境中，學生直接沉浸于虛擬現實所生成的醫療情景，與計算機環境進行直接交流，加深了感性認識，對教學內容的理解也更加透徹，大大提高了學生們的學習興趣。同時，學生在操作過程中不用擔心自己的操作失誤會給病人造成損傷甚至危害，這樣他們就可以在一個相對輕松的環境下進行反復操作訓練，從而提高了學習效率。另外，利用虛擬現實技術開展的臨床虛擬教學不受病例、場地以及時間等諸多因素的制約，可以使教學活動根據需要隨時隨地展開，大大增加了醫學生實踐的機會。

虛擬現實技術在臨床醫學教育領域的應用前景十分廣闊，但我國目前還處于初級階段，面臨著一些困難。首先虛擬現實系統如虛擬人體、虛擬場景、機械臂等設備價格昂貴，這使其暫時難以大規模推廣至醫學教育的各個領域。其次虛擬現實技術中力檢測、力反饋、傳感器設計、信號處理等技術還不夠成熟，虛擬現實的真實感還有待進一步提高。另外，一些顯示設備還不能很好地接收高質量、高逼真的醫學圖像，在復雜環境中，圖像的實時性和生成速度也需要進一步的提高[11]。同時，虛擬實驗只需學生個人的操作即可在虛擬空間中完成，因此無法培養學生的協作、溝通和交流能力，所以其在團隊精神培養方面略有欠缺。

綜上所述，虛擬現實技術是多學科多領域交叉、滲透、融合的產物，其可以有效整合各種醫學教育資源，幫助學生獲取醫學知識、提高臨床技能、培養臨床思維，促進了醫學教育的改革。雖然目前存在價格昂貴、技術手段尚不成熟等諸多問題，但隨著計算機網絡技術的不斷發展，虛擬現實技術必將在醫學教育領域得到更加廣泛、更加深入的應用。