虛擬現(xiàn)實技術(shù)在臨床醫(yī)學教育的應用

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［摘要］虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指通過多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環(huán)境，使用戶以自然的方式與虛擬環(huán)境中的客體進行體驗和交互作用，從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗的一種技術(shù)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已廣泛應用于醫(yī)學相關(guān)領(lǐng)域，尤其是在醫(yī)學教育方面取得了很好的效果，具有廣闊的應用前景。

［關(guān)鍵詞］虛擬現(xiàn)實；醫(yī)學教育；臨床醫(yī)學、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

（Virtual　Reality），簡稱VR技術(shù)。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(shù)、人機接口技術(shù)以及傳感技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的多學科交叉滲透的一門新興技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有沉浸性、交互性以及構(gòu)想性等特征，通過計算機技術(shù)生成一個逼真生動的感覺世界，允許使用者通過頭部轉(zhuǎn)動、眼球轉(zhuǎn)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(xiàn)實技術(shù)的進一步完善，其更加精確、直觀和形象化，并逐漸應用于醫(yī)學、軍事、設計以及藝術(shù)等諸多領(lǐng)域［4－5］。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在臨床醫(yī)學教學中應用

作為一門新興的技術(shù)，虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學領(lǐng)域的應用備受矚目的。據(jù)早在1993年的統(tǒng)計，世界市場上出現(xiàn)的805個虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)中就有49個應用于醫(yī)學［6］。至今虛擬現(xiàn)實被應用到教育領(lǐng)域已有30年左右的時間，其在臨床醫(yī)學教育中的應用亦十分廣泛。1．在神經(jīng)外科教學中的應用。在神經(jīng)外科手術(shù)教學中，如何讓學生將神經(jīng)解剖基礎知識與頭顱影像學資料相結(jié)合，形成立體的空間結(jié)構(gòu)概念，從而能夠在手術(shù)中進行準確定位一直是神經(jīng)外科教學中的一個難點。神經(jīng)外科手術(shù)的培訓過程耗時耗力，難以重復，嚴重影響了臨床醫(yī)師的培養(yǎng)過程。利用患者頭顱和血管影像重構(gòu)手術(shù)標本模型，再通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)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(jīng)外科手術(shù)的定位過程。通過模擬手術(shù)訓練，熟練掌握手術(shù)操作過程，這樣即可以最大化地減少手術(shù)風險，因而虛擬仿真系統(tǒng)在培養(yǎng)神經(jīng)外科醫(yī)師的同時，亦可以提高手術(shù)的成功率。當前國內(nèi)上海第二軍醫(yī)大學長海醫(yī)院將VR技術(shù)應用于神經(jīng)介入手術(shù)教學培訓，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)介入的VR培訓，可以讓受訓者盡快熟悉技術(shù)操作以及手術(shù)流程，增加受試者手眼協(xié)調(diào)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(shù)類型的多樣化，解剖結(jié)構(gòu)的復雜性，以及手術(shù)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(nèi)完全掌握這些技術(shù)比較困難。為了降低患者的手術(shù)風險和增加青年醫(yī)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(shù)訓練，然而目前可供手術(shù)訓練的尸源較為緊缺，難以滿足臨床的需要。我國南方醫(yī)科大學附屬南方醫(yī)院脊柱骨病外科通過虛擬仿真三維軟件技術(shù)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(nèi)容具體化、形象化，給學生留下了深刻的記憶，從而大大調(diào)動了學生的學習興趣［8］。3．在婦產(chǎn)科臨床培訓中應用。婦產(chǎn)科學是臨床醫(yī)學教學中的重要內(nèi)容，但是因為女性盆腔解剖結(jié)構(gòu)復雜，臟器隱匿且組織形態(tài)抽象，增加了學生學習時掌握的難度。另外，婦產(chǎn)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(yī)生情況下，這使婦產(chǎn)科臨床帶教更加困難。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，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(chǎn)科相關(guān)知識成為可能。目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)在婦產(chǎn)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(xiàn)實手術(shù)模擬系統(tǒng)已具有力學反饋功能和手術(shù)操作引導等功能，同時虛擬現(xiàn)實技術(shù)在婦科機器人手術(shù)培訓、宮腔鏡培訓、產(chǎn)科急癥處理培訓等多個方面都表現(xiàn)出學習曲線短、參與度高等優(yōu)勢作用［9］。4．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在兒科臨床技能。在兒科臨床教學中，由于醫(yī)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(yī)科大學利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對患兒的診療環(huán)境進行的復雜、動態(tài)、人機交互的模擬，將兒科典型病例重現(xiàn)的虛擬系統(tǒng)，并將其應用于醫(yī)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(xiàn)實技術(shù)在支氣管鏡、泌尿外科腹腔鏡、外科手術(shù)培訓、眼科教學和口腔醫(yī)學教學等領(lǐng)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(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)點及面臨挑戰(zhàn)

通過上述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在臨床醫(yī)學教育領(lǐng)域的應用了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以彌補醫(yī)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(huán)境中，學生直接沉浸于虛擬現(xiàn)實所生成的醫(yī)療情景，與計算機環(huán)境進行直接交流，加深了感性認識，對教學內(nèi)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(huán)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(xiàn)實技術(shù)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(jù)需要隨時隨地展開，大大增加了醫(yī)學生實踐的機會。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在臨床醫(yī)學教育領(lǐng)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(xiàn)實系統(tǒng)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(guī)模推廣至醫(yī)學教育的各個領(lǐng)域。其次虛擬現(xiàn)實技術(shù)中力檢測、力反饋、傳感器設計、信號處理等技術(shù)還不夠成熟，虛擬現(xiàn)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(zhì)量、高逼真的醫(yī)學圖像，在復雜環(huán)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(yǎng)學生的協(xié)作、溝通和交流能力，所以其在團隊精神培養(yǎng)方面略有欠缺。綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是多學科多領(lǐng)域交叉、滲透、融合的產(chǎn)物，其可以有效整合各種醫(yī)學教育資源，幫助學生獲取醫(yī)學知識、提高臨床技能、培養(yǎng)臨床思維，促進了醫(yī)學教育的改革。雖然目前存在價格昂貴、技術(shù)手段尚不成熟等諸多問題，但隨著計算機網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)必將在醫(yī)學教育領(lǐng)域得到更加廣泛、更加深入的應用。

作者：丁晶 曾超美 單位：北京大學人民醫(yī)院