虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

蘇 宓

（成都大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院/附屬醫(yī)院 四川·成都 610081）

現(xiàn)代信息技術(shù)日新月異的發(fā)展，也推動著教育模式的逐步變革?！督逃畔⒒?.0行動計(jì)劃》指出信息技術(shù)不再僅是教學(xué)的工具和手段，而是將成為與教育共生的整體[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為信息化時代的產(chǎn)物，近年來也越來越多地被運(yùn)用于教學(xué)之中。在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及臨床技能培訓(xùn)等。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種用來代替或增強(qiáng)使用者真實(shí)體驗(yàn)的仿真系統(tǒng)。該技術(shù)通過計(jì)算機(jī)模擬出一個三維逼真的虛擬世界，使用者通過特殊的交互設(shè)備來感知該虛擬世界[2]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有三個顯著特點(diǎn)[3]，其一為沉浸性，即使用者將沉浸于數(shù)據(jù)空間中感受虛擬世界；其二是交互性，即使用者可通過使用一些傳感設(shè)備與數(shù)據(jù)交互；其三為構(gòu)想性，即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)由設(shè)計(jì)者基于目標(biāo)構(gòu)想而設(shè)計(jì)的。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域已有廣闊應(yīng)用，其模擬真實(shí)場景的能力可有效地彌補(bǔ)醫(yī)學(xué)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的不足，并能顯著縮短醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)臨床技能的時間。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1.1 解剖課實(shí)踐教學(xué)

解剖學(xué)是醫(yī)學(xué)生了解人體結(jié)構(gòu)的重要課程，而解剖實(shí)踐又是解剖學(xué)課程中最為重要的環(huán)節(jié)。標(biāo)本是解剖實(shí)踐的基礎(chǔ)，但目前人體尸源稀缺，且成本昂貴，難以滿足每個學(xué)生擁有一具尸體可供解剖的條件。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用使得醫(yī)學(xué)解剖實(shí)踐課變得簡易。虛擬仿真技術(shù)可構(gòu)建虛擬標(biāo)本代替?zhèn)鹘y(tǒng)尸體標(biāo)本，其形態(tài)結(jié)構(gòu)均與正常實(shí)體相仿，能夠完整地描述出人體的細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)的解剖構(gòu)成情況，還可以根據(jù)需要任意放大、旋轉(zhuǎn)、移動[4][5]。同時，學(xué)生可利用虛擬的解剖手術(shù)器械來模擬解剖動作，并能通過專業(yè)的交互設(shè)備給予的力回饋來感受人體組織的不同質(zhì)感，虛擬解剖軟件還可提供剝離和透視功能以實(shí)現(xiàn)對數(shù)字人體分層次結(jié)構(gòu)的顯示[6]。“虛擬人體”雖不能完全替代實(shí)物標(biāo)本，但其使其可使學(xué)生不受時間和空間限制全方位、立體地了解人體結(jié)構(gòu)，是傳統(tǒng)教學(xué)模式強(qiáng)有力的補(bǔ)充手段。

2.1.2 機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)教學(xué)

機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)是一門多學(xué)科交叉融合的實(shí)驗(yàn)學(xué)科，旨在訓(xùn)練學(xué)生的動手實(shí)踐能力。機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)中綜合性實(shí)驗(yàn)操作通常比較復(fù)雜，需要使用器械設(shè)備較多，因此實(shí)驗(yàn)過程中突發(fā)問題通常較多。虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)將機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)器械和設(shè)備進(jìn)行拆解，將組裝、整合的流程直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可模擬出一些場景，讓學(xué)生用模擬出的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行簡單的實(shí)驗(yàn)工作，學(xué)生在此過程中可以實(shí)現(xiàn)無限次的操作與修正，且不用擔(dān)心錯誤操作引發(fā)的實(shí)際后果。蔣淑君等人[7]發(fā)現(xiàn)基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的模式與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比，前者可更有效地激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生動手能力，更能顯著提高實(shí)驗(yàn)成功率。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能做到較為真實(shí)地還原機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)過程，并在可控的成本之下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的教學(xué)效果。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在臨床技能培訓(xùn)中的應(yīng)用

2.2.1 外科技能培訓(xùn)

目前，我國已有較多高等院校將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于外科手術(shù)教學(xué)之中。虛擬現(xiàn)實(shí)模擬系統(tǒng)可以模擬手術(shù)場景、器械使用、中心靜脈置管、打結(jié)、縫合等基本操作場景，操作者可利用觸覺交互設(shè)備與之進(jìn)行交互，從而在虛擬環(huán)境中進(jìn)行演習(xí)操作。此外，系統(tǒng)還能通過交互設(shè)備及時地給予受訓(xùn)者反饋，讓其能隨時根據(jù)反饋調(diào)整操作。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在神經(jīng)外科、胃腸外科、骨科、心血管外科、眼科等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。如在神經(jīng)外科教學(xué)中[8]，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可利用患者頭顱和血管影像信息重構(gòu)建虛擬手術(shù)標(biāo)本模型，且能提供一些能實(shí)現(xiàn)切割、移動等操作的特殊模擬工具，讓操作者可在虛擬環(huán)境中復(fù)現(xiàn)切開頭皮、鉆顱骨、開骨窗、暴露病變部位等完整的手術(shù)過程。該訓(xùn)練可使操作者能身臨其境地感受到神經(jīng)外科手術(shù)定位過程，能顯著縮短神經(jīng)外科醫(yī)生掌握熟練手術(shù)技能的時間。

2.2.2 內(nèi)科技能培訓(xùn)

隨著內(nèi)窺鏡及介入技術(shù)在內(nèi)科中的應(yīng)用日漸增多，不少內(nèi)科科室要求醫(yī)師需要具備內(nèi)鏡操作或?qū)Ч芙槿爰寄?。但該類技能的?xùn)練往往耗時較長，且受病例資源和場地等的限制。虛擬現(xiàn)實(shí)模擬器可有效提高醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)該類技能的效率，并能對其操作表現(xiàn)進(jìn)行客觀的評估反饋。超聲引導(dǎo)下的經(jīng)支氣管針吸細(xì)胞學(xué)檢查是一種在支氣管超聲引導(dǎo)下透過氣道壁獲取病變標(biāo)本的技術(shù)，該技術(shù)具有快速、微創(chuàng)、花費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)，但對操作技巧要求很高，需要長期反復(fù)地訓(xùn)練。研究表明，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的模擬訓(xùn)練能顯著縮短受訓(xùn)者的學(xué)習(xí)時間，提高初學(xué)者的操作技能水平，且該訓(xùn)練是在可靠有效的評估工具下進(jìn)行，能客觀地評估操作者的技能水平[9]。此外，一些關(guān)于在超聲內(nèi)鏡、結(jié)腸鏡檢查、血管介入方面的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬訓(xùn)練的研究也均證實(shí)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)確實(shí)可顯著提高受訓(xùn)者的學(xué)習(xí)效率。

3 展望

目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用還面臨著許多挑戰(zhàn)。首先，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所需的系統(tǒng)設(shè)備的價格均比較昂貴；其次，力檢測和力反饋技術(shù)目前尚不成熟，導(dǎo)致交互真實(shí)感仍不盡人意；最后，精細(xì)的人體模型的三維建模煩瑣，構(gòu)建難度較大[10]。

盡管虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前還存在著諸多問題，但是作為一種適應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教學(xué)發(fā)展潮流的新興技術(shù)，其在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及臨床技能培訓(xùn)方面都有著令人鼓舞的發(fā)展前景。相信未來隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域得到更為廣泛深入的應(yīng)用。