探討基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真醫(yī)療情境的應(yīng)用

◆曾嘉霖 黃昉菀

(福建醫(yī)科大學(xué)協(xié)和臨床醫(yī)學(xué)院教務(wù)科，福州大學(xué)計算機(jī)專業(yè))

探討基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真醫(yī)療情境的應(yīng)用

◆曾嘉霖 黃昉菀

(福建醫(yī)科大學(xué)協(xié)和臨床醫(yī)學(xué)院教務(wù)科，福州大學(xué)計算機(jī)專業(yè))

伴隨著醫(yī)學(xué)教育規(guī)模的迅速擴(kuò)大和病患維權(quán)意識的不斷增強(qiáng)，臨床醫(yī)學(xué)教育與醫(yī)療資源之間的矛盾日益凸顯，以仿真醫(yī)療情境替代現(xiàn)實醫(yī)療情境正成為大勢所趨。本文在簡要介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點探討了仿真醫(yī)療情境在現(xiàn)實中的應(yīng)用。

虛擬現(xiàn)實 仿真醫(yī)療情境 應(yīng)用

伴隨著經(jīng)濟(jì)、社會的發(fā)展，醫(yī)院已從單純醫(yī)療疾病的場所逐漸演變?yōu)榧\療、保健、預(yù)防、康復(fù)、科研與教學(xué)等多項功能的綜合場所。現(xiàn)實中的醫(yī)院在集多項功能于一身的前提下，如何協(xié)調(diào)好各項功能之間的關(guān)系?同時，在醫(yī)學(xué)教育模式轉(zhuǎn)變，醫(yī)學(xué)教育規(guī)模迅速擴(kuò)大和病患維權(quán)意識不斷增強(qiáng)的大環(huán)境下，如何緩解醫(yī)療資源與社會需求之間的矛盾?優(yōu)化醫(yī)療環(huán)境，實現(xiàn)以人為本的現(xiàn)代化管理理念，營造和諧、溫馨、人性化的醫(yī)療環(huán)境，滿足現(xiàn)實社會對醫(yī)院不斷上升的期望值已是大勢所趨。計算機(jī)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，使仿真醫(yī)療情境的實現(xiàn)成為可能。仿真醫(yī)療情境可以輔助臨床醫(yī)學(xué)教育、開展臨床技能培訓(xùn)與考核、實現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療等，這在一定程度上可以緩解臨床醫(yī)學(xué)教育與醫(yī)療資源緊張之間的矛盾，優(yōu)化醫(yī)療環(huán)境，促進(jìn)現(xiàn)代化醫(yī)院的和諧發(fā)展。以下將探討基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真醫(yī)療情境在現(xiàn)實中的應(yīng)用。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)是近年來計算機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)的高新技術(shù)。它綜合了計算機(jī)圖形學(xué)、仿真、多媒體、人工智能、網(wǎng)絡(luò)、并行處理和多傳感器等多項技術(shù)，利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)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(nèi)的事物。

Grigore Burdea和Philippe Coiffet在《Virtual Reality Technology》一書中指出，虛擬現(xiàn)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(gòu)想性(Imagination)。沉浸感是指用戶感到作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。為了實現(xiàn)該特征，必須首先獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要，將獲取的三維數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，利用環(huán)境建模技術(shù)建立仿真醫(yī)療情境。其次，交互性是指用戶通過使用專用設(shè)備，如跟蹤球、頭戴式可視設(shè)備、數(shù)據(jù)手套等，對虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實時性)。而構(gòu)想性則強(qiáng)調(diào)該技術(shù)應(yīng)具有廣闊的想象空間，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以實現(xiàn)客觀不存在甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的“3I”特征在仿真醫(yī)療情境中都有所要求。例如在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)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(jié)合起來，為操作者提供一個極具真實感和臨場感的手術(shù)環(huán)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(tǒng)和完整的器官系統(tǒng)，因而它能向真實的人體一樣具有生命力。而為了實現(xiàn)虛擬環(huán)境中的手術(shù)操作，外科醫(yī)生需要戴著數(shù)據(jù)手套，拿著虛擬手術(shù)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(yùn)動和位置，以及醫(yī)生和虛擬病人之間的手術(shù)動作。而構(gòu)想性對于虛擬手術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用也是非常重要的。在現(xiàn)實世界中，醫(yī)學(xué)生很難有機(jī)會接觸到一些罕見的疑難雜癥，而借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以在虛擬人上生成各種各樣的病癥，來幫助醫(yī)學(xué)生進(jìn)行醫(yī)療訓(xùn)練。

作為一種新興技術(shù)，虛擬現(xiàn)實已廣泛應(yīng)用于軍事、教育、醫(yī)學(xué)、產(chǎn)品設(shè)計、科學(xué)可視化、訓(xùn)練、建筑、娛樂等各個方面。其中，虛擬現(xiàn)實在仿真醫(yī)療情境中的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實意義，利用該技術(shù)可建立模擬病人和模擬臨床的場景，代替現(xiàn)實醫(yī)療情境進(jìn)行臨床教學(xué)和實踐，這在一定程度上緩解了醫(yī)療資源的緊張，優(yōu)化了醫(yī)療環(huán)境。

二、仿真醫(yī)療情境在現(xiàn)實中的應(yīng)用

1.臨床醫(yī)學(xué)教育

傳統(tǒng)的臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)模式是在臨床教師的指導(dǎo)下，在現(xiàn)實的醫(yī)療環(huán)境中，將病人作為直接的教學(xué)對象，培養(yǎng)醫(yī)學(xué)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(zhí)業(yè)醫(yī)師法》的出臺和患者自我保護(hù)意識的不斷增強(qiáng)以及對醫(yī)療結(jié)果期望值的升高，導(dǎo)致醫(yī)學(xué)生臨床實踐活動和臨床技能訓(xùn)練的機(jī)會明顯減少。此外，伴隨著醫(yī)學(xué)教育規(guī)模的迅速擴(kuò)大，醫(yī)學(xué)生人數(shù)的增加和有限的臨床見實習(xí)教學(xué)資源的矛盾日益激化，與理論教學(xué)相比，臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)資源緊缺的狀況日益突顯。上述兩個問題已成為困擾現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育發(fā)展的難題，傳統(tǒng)的臨床醫(yī)學(xué)教育體系已經(jīng)不能適應(yīng)高等醫(yī)學(xué)教育以及繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育發(fā)展的需求。

為了解決上述難題，可運(yùn)用計算機(jī)虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將一些常見病、多發(fā)病的癥狀體征設(shè)定為參數(shù)，結(jié)合虛擬人體模型，建立仿真醫(yī)療情境。在仿真醫(yī)療情境中，醫(yī)學(xué)生可以在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上增強(qiáng)感性認(rèn)識，提高教學(xué)效果。針對畢業(yè)后以學(xué)習(xí)新理論、新知識、新技術(shù)、新方法為主的繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育，仿真醫(yī)療情境同樣可以為在職醫(yī)務(wù)人員不斷提高專業(yè)工作能力和業(yè)務(wù)水平提供幫助。仿真醫(yī)療情境的優(yōu)越性和教學(xué)效果是不可估量和不可比擬的。以仿真醫(yī)療情境替代現(xiàn)實醫(yī)療情境，正逐漸成為我國臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)改革中具有廣泛應(yīng)用前景的教育模式。

2.臨床技能培訓(xùn)與考核

臨床技能可謂臨床醫(yī)師的“看家本領(lǐng)”。針對醫(yī)學(xué)生與資歷淺的臨床醫(yī)師的臨床技能培訓(xùn)是臨床醫(yī)學(xué)教育的一項重要組成部分?；A(chǔ)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(shù)、鋪巾、切開、縫合等。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將上述一系列臨床技能操作的標(biāo)準(zhǔn)流程編成程序，然后與虛擬人體模型相結(jié)合，技能培訓(xùn)對象可以在近似“標(biāo)準(zhǔn)化病人”的數(shù)字仿真人體模型上得到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的臨床技能訓(xùn)練。

1998年6月26日通過的《中華人民共和國執(zhí)業(yè)醫(yī)師法》，明確規(guī)定“國家實行醫(yī)師資格考試制度”。我國自1999年開始實施醫(yī)師執(zhí)業(yè)考試。執(zhí)業(yè)醫(yī)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(jīng)過改良的多站考試法。部分高等醫(yī)學(xué)院校參照執(zhí)業(yè)醫(yī)師臨床技能考試，也設(shè)立了臨床技能多站式的畢業(yè)技能考核。建成的仿真醫(yī)療情境可以為上述臨床技能的考核提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的臨床技能考核情境。

3.遠(yuǎn)程醫(yī)療

遠(yuǎn)程醫(yī)療是指通過計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與多媒體技術(shù)，同醫(yī)療技術(shù)相結(jié)合，旨在提高診斷與醫(yī)療水平、降低醫(yī)療開支、滿足廣大人民群眾保健需求的一項全新的醫(yī)療服務(wù)。目前，遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)已經(jīng)從最初的電視監(jiān)護(hù)、電話遠(yuǎn)程診斷發(fā)展到利用高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)字、圖像、語音的綜合傳輸，并且實現(xiàn)了實時的語音和高清晰圖像的交流，為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的應(yīng)用提供了更廣闊的發(fā)展空間。本文所探討建立的仿真醫(yī)療情境，為遠(yuǎn)程醫(yī)療的實現(xiàn)提供了現(xiàn)實技術(shù)支持。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，可以使得醫(yī)生親自對遠(yuǎn)程的患者進(jìn)行治療。例如遠(yuǎn)程手術(shù)是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將遠(yuǎn)程傳送來的圖像仿真成手術(shù)場景，手術(shù)醫(yī)生在此場景下進(jìn)行手術(shù)操作，傳感器將醫(yī)生的操作控制信號傳送到手術(shù)目的地，控制手術(shù)目的地的手術(shù)機(jī)器人或機(jī)器手完成手術(shù)。2003年，海軍總醫(yī)院神經(jīng)外科中心與沈陽醫(yī)學(xué)院附屬中心醫(yī)院已聯(lián)合完成了l例遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人立體定向神經(jīng)外科手術(shù)。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是具有廣闊應(yīng)用前景的高端技術(shù)，從理論上來講，它可用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的各個方面，但由于技術(shù)水平的限制，目前的應(yīng)用還很有限。我國的虛擬現(xiàn)實技術(shù)起步較晚，但隨著國家對虛擬現(xiàn)實技術(shù)投人加大，以及信息高速公路的建設(shè)，可以預(yù)料基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真醫(yī)療情境將在醫(yī)學(xué)上有更加廣泛、更加深入的應(yīng)用，這必將給醫(yī)療事業(yè)帶來重大的變革。

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