醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建

譚 珂，潘新華，高 原

中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院教育技術(shù)中心，北京 100853

醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建

譚 珂，潘新華，高 原

中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院教育技術(shù)中心，北京 100853

分析了醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的架構(gòu)，并對(duì)其環(huán)境架構(gòu)和系統(tǒng)功能模塊架構(gòu)進(jìn)行了討論，同時(shí)結(jié)合臨床教學(xué)，介紹了兩個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例。應(yīng)用結(jié)果表明，該仿真教學(xué)環(huán)境具有安全無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、高效率、學(xué)習(xí)體驗(yàn)真實(shí)、應(yīng)用前景廣闊等優(yōu)點(diǎn)。

醫(yī)學(xué)虛擬仿真;教學(xué)環(huán)境;沉浸感;架構(gòu)

學(xué)習(xí)作為一個(gè)體驗(yàn)式的過(guò)程，需要通過(guò)學(xué)習(xí)者的親身體驗(yàn)來(lái)完成學(xué)習(xí)過(guò)程中的各種實(shí)踐活動(dòng)，并將獲得的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為他們的內(nèi)部知識(shí)［1］。通過(guò)體驗(yàn)式學(xué)習(xí)可以調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)主動(dòng)性，發(fā)揮其主體地位。為提升學(xué)習(xí)過(guò)程的體驗(yàn)，獲得理想的學(xué)習(xí)效果，虛擬仿真教學(xué)環(huán)境應(yīng)運(yùn)而生。這里所說(shuō)的虛擬仿真教學(xué)環(huán)境是指:利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成逼真的三維虛擬環(huán)境［2］，學(xué)習(xí)者通過(guò)特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套、力反饋器等傳感設(shè)備，或利用空間定位器、三維鼠標(biāo)等人機(jī)交互設(shè)備，沉浸于虛擬空間內(nèi)，成為虛擬環(huán)境的一員，采用實(shí)時(shí)交互的自然方式［3］，通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)甚至嗅覺(jué)等感知和操作虛擬世界中的各種學(xué)習(xí)對(duì)象，從而獲得身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和感受。

醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境是虛擬仿真技術(shù)和醫(yī)學(xué)教學(xué)訓(xùn)練的高級(jí)、復(fù)雜結(jié)合，是信息化教學(xué)的高級(jí)應(yīng)用［4］。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和軟硬件性價(jià)比的大幅提高，醫(yī)學(xué)虛擬仿真技術(shù)正逐漸從科研院所、實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H教學(xué)應(yīng)用。該文討論了醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的特點(diǎn)，提出了該仿真教學(xué)環(huán)境的系統(tǒng)性架構(gòu)，并針對(duì)具體的實(shí)例進(jìn)行了分析和介紹，通過(guò)臨床教學(xué)實(shí)際應(yīng)用，獲得了較好的教學(xué)效果。

1 醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的特點(diǎn)

醫(yī)學(xué)虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建的數(shù)字化虛擬仿真教學(xué)環(huán)境是針對(duì)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)建立的一體化環(huán)境，并通過(guò)專用的交互設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真人體器官在仿真手術(shù)器械作用下的各種變化的模擬和對(duì)學(xué)習(xí)操作人員的各種感官反饋的模擬，以獲得身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。所構(gòu)建的醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)解剖教學(xué)、手術(shù)操作技能訓(xùn)練、手術(shù)方案設(shè)計(jì)［5］、手術(shù)規(guī)劃教學(xué)和術(shù)后效果評(píng)估等方面。與其他領(lǐng)域虛擬仿真教學(xué)環(huán)境相比，其主要技術(shù)特征是:

1.1 建模來(lái)源于醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)

作為醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境，其幾何模型的構(gòu)建來(lái)源于真實(shí)的人體醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)。CT、MRI、PET、超聲甚至人體冰凍切片數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)量大、個(gè)體化差異大、來(lái)源豐富等特點(diǎn)。例如:我國(guó)第一套數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集全身共計(jì)有3 640個(gè)斷面，每個(gè)斷面的圖像分辨率為6 291 456(3 072×2 048)像素，整個(gè)數(shù)據(jù)集為131.04 GB。

1.2 逼真度要求高

衡量一個(gè)虛擬仿真環(huán)境的好壞，重要的一點(diǎn)就是逼真度。高逼真度的環(huán)境可為學(xué)習(xí)者提供身臨其境的沉浸感，需要在視、觸、聽(tīng)覺(jué)等感知通道提供真實(shí)感的體驗(yàn)。例如:利用人眼的視覺(jué)殘留效應(yīng)，對(duì)虛擬場(chǎng)景的繪制刷新率一般不低于20幀/秒，這樣學(xué)習(xí)者看到的場(chǎng)景影像才是連續(xù)、不閃爍的。另外，對(duì)于環(huán)境中的各種幾何模型(如人體組織、手術(shù)器械)的紋理，可采用真實(shí)環(huán)境下實(shí)際拍攝的圖像進(jìn)行處理。

1.3 人體幾何模型要求準(zhǔn)確

醫(yī)學(xué)教育的目的是培養(yǎng)合格的醫(yī)務(wù)工作者，是為人提供疾病診治服務(wù)的。在仿真教學(xué)的過(guò)程中，各種學(xué)習(xí)和操作的對(duì)象均為人體組織器官的幾何模型，如構(gòu)建的各種臟器、神經(jīng)、血管等模型。所以，在對(duì)人體進(jìn)行幾何建模時(shí)，在考慮個(gè)體差異的同時(shí)，需要精細(xì)、準(zhǔn)確地表現(xiàn)人體的解剖結(jié)構(gòu)。

1.4 體現(xiàn)人體的生物物理特性

與其他領(lǐng)域的仿真不同，醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)訓(xùn)練時(shí)，人體模型多體現(xiàn)為軟組織的生物物理特性。例如:在探鉤的按壓下臟器會(huì)發(fā)生彈性形變;使用手術(shù)刀切割會(huì)發(fā)生組織的撕裂和流血;以及仿真治療的過(guò)程中，人體的血壓、脈搏等生理參數(shù)會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)生變化。這些生物物理特性的仿真是目前學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.5 觸覺(jué)反饋的精確性和實(shí)時(shí)性

由于交互對(duì)象為人體模型，所以需建立復(fù)雜的模擬彈性力學(xué)模型［6］。在虛擬仿真教學(xué)環(huán)境中，讓學(xué)習(xí)者用他的手或身體的其他能動(dòng)部分去操作虛擬物體，并在操作的同時(shí)能夠感覺(jué)到虛擬物體的反作用。這種觸覺(jué)和力學(xué)反饋是一個(gè)復(fù)雜的、與視聽(tīng)覺(jué)等其他刺激有關(guān)的過(guò)程，通常外科醫(yī)生用手術(shù)刀進(jìn)行精密手術(shù)時(shí)，他需要一個(gè)至少三自由度的力量感知裝置，當(dāng)手術(shù)刀自由運(yùn)動(dòng)時(shí)，操作者并沒(méi)有負(fù)擔(dān)的感覺(jué)，且可以感覺(jué)到手術(shù)刀在不同皮膚上操作產(chǎn)生的摩擦阻力和彈力的高頻力量成分。所以，要求觸覺(jué)模型的精確，且觸覺(jué)刷新率不低于500 Hz。

2 醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的架構(gòu)

2.1 環(huán)境架構(gòu)

醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的重要特征是把學(xué)習(xí)者作為環(huán)境的核心，把學(xué)習(xí)者與三維虛擬空間和世界的多感知實(shí)時(shí)交互作為環(huán)境存在的必要條件。其環(huán)境架構(gòu)主要包括視覺(jué)、觸覺(jué)與力學(xué)、聽(tīng)覺(jué)、空間定位系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行環(huán)境五大部分，其相互關(guān)系如圖1所示。

圖1 環(huán)境架構(gòu)圖

2.1.1 視覺(jué)系統(tǒng) 由于虛擬仿真環(huán)境主要表現(xiàn)為三維虛擬空間，依據(jù)人體感知信息途徑的權(quán)重，視覺(jué)通道感知是最基本、最重要的。對(duì)于開(kāi)放式操作(如直視下肝切除手術(shù))的仿真還需要對(duì)生成好的三維場(chǎng)景進(jìn)行立體顯示，通過(guò)專業(yè)顯示器、顯示頭盔(如V8)、立體眼鏡(如3D Vision)、三維投影儀或沉浸感強(qiáng)的CAVE系統(tǒng)等硬件設(shè)備進(jìn)行展現(xiàn)。

2.1.2 觸覺(jué)和力學(xué)系統(tǒng) 觸覺(jué)通道解決學(xué)習(xí)者手上實(shí)時(shí)感知操作的彈力和摩擦力等體驗(yàn)，常見(jiàn)的有筆式力反饋器、支持觸覺(jué)的數(shù)據(jù)手套以及針對(duì)具體應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的反饋設(shè)備，如PhanTom、Delta、5DT手套等反饋設(shè)備。由于醫(yī)學(xué)仿真操作時(shí)一般采用的是雙手，故教學(xué)環(huán)境應(yīng)支持左右手雙通道的反饋計(jì)算。

2.1.3 聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng) 聽(tīng)覺(jué)通道實(shí)時(shí)提供聲音反饋，如器械操作聲等。聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)通常至少支持雙聲道的立體聲。在考慮學(xué)習(xí)者視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等方面相互作用關(guān)系的同時(shí)，還要求幾個(gè)通道的反饋應(yīng)保持同步、無(wú)延時(shí)。

2.1.4 空間定位系統(tǒng) 為依據(jù)學(xué)習(xí)者進(jìn)行人機(jī)交互時(shí)的動(dòng)作、位置和姿態(tài)使虛擬仿真環(huán)境顯示出相應(yīng)的虛擬場(chǎng)景，需要空間定位系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)出數(shù)據(jù)回路中人肢體的位置和指向［7］，該系統(tǒng)從學(xué)習(xí)者端獲取數(shù)據(jù)，包括頭部、手指、器械手柄等。目前主要有基于機(jī)電、電磁及光學(xué)的不同技術(shù)方式，如NDI、Fastrack 等設(shè)備。

2.1.5 開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行環(huán)境 虛擬仿真的實(shí)質(zhì)是在多維信息空間內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)更適應(yīng)于學(xué)習(xí)者體驗(yàn)的信息處理環(huán)境，所處理的數(shù)據(jù)包括:虛擬幾何模型、觸覺(jué)信息、位置信息等。對(duì)這種處理過(guò)程最本質(zhì)的抽象就是把各種處理的客體都?xì)w納為一種統(tǒng)一規(guī)范的“對(duì)象”，這種“面向?qū)ο蟆钡姆椒ㄒ簿统蔀殚_(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的基本方法?，F(xiàn)有的虛擬仿真開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，幾乎無(wú)一例外地遵循“面向?qū)ο蟆钡脑?，底層的開(kāi)發(fā)工具通常是采用VC++語(yǔ)言、OpenGL圖形庫(kù)等，常用的商業(yè)化、集成化虛擬仿真環(huán)境開(kāi)發(fā)軟件有:WTK、Vegas、Virtools、OpenGVS 等。

虛擬仿真環(huán)境是以圖形工作站為核心進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算和系統(tǒng)運(yùn)行的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，從早期的SGI的Onyx高端工作站集群到Wildcat系列，再到Nvidia的Quadro系列等通用工作站，其硬件成本大幅下降，從動(dòng)輒上百萬(wàn)的投入降低到了十萬(wàn)以內(nèi)，其核心性能指標(biāo)是每秒多邊形的處理數(shù)量、像素填充率、GPU性能、邊緣抗混迭能力、圖像紋理深度等。

2.2 系統(tǒng)功能模塊架構(gòu)

在醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境架構(gòu)的基礎(chǔ)上，需要設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)功能模塊架構(gòu)，通過(guò)各模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳遞和各軟件算法。我們?cè)O(shè)計(jì)的功能模塊架構(gòu)主要由視覺(jué)場(chǎng)景繪制、觸覺(jué)力反饋計(jì)算與生成、聽(tīng)覺(jué)計(jì)算與生成、交互控制與空間定位、碰撞檢測(cè)、形變和切割計(jì)算、特效計(jì)算以及教學(xué)評(píng)判等模塊組成(如圖2所示)。

圖2 系統(tǒng)功能模塊架構(gòu)

2.2.1 視覺(jué)場(chǎng)景繪制 虛擬視覺(jué)場(chǎng)景是由人體組織器官幾何模型、手術(shù)器械模型以及操作場(chǎng)景模型組成。其中，人體組織器官模型核心［8］是通過(guò)對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)、分割、三維重建完成的。常用的醫(yī)學(xué)三維重建軟件有3D Doctor、Mimics、TGS等，完成的各種模型存儲(chǔ)在模型庫(kù)中，根據(jù)場(chǎng)景需要進(jìn)行調(diào)度，并從紋理庫(kù)提取相應(yīng)的紋理數(shù)據(jù)，通過(guò)模型繪制、紋理繪制和特效繪制完成虛擬視覺(jué)場(chǎng)景的繪制，最后經(jīng)視覺(jué)顯示系統(tǒng)反饋給操作者。

2.2.2 觸覺(jué)力反饋計(jì)算與生成 觸覺(jué)力反饋計(jì)算模塊主要計(jì)算交互過(guò)程中的虛擬彈力和摩擦力。彈力是虛擬器械作用在組織模型表面讓學(xué)習(xí)者感知的反作用力，摩擦力是對(duì)組織模型表面摩擦和觸覺(jué)紋理的模擬。這些力學(xué)計(jì)算結(jié)果經(jīng)合并疊加后傳遞給交互控制模塊，再由力反饋設(shè)備輸出，常見(jiàn)的計(jì)算模型有彈簧-阻尼器模型等。

2.2.3 聽(tīng)覺(jué)計(jì)算與生成 聽(tīng)覺(jué)計(jì)算與生成模塊用來(lái)計(jì)算和生成虛擬場(chǎng)景的立體聲。它針對(duì)每一個(gè)觸發(fā)事件調(diào)用聲音庫(kù)中的數(shù)據(jù)，從而完成和實(shí)現(xiàn)聽(tīng)覺(jué)信息的生成，再傳遞到聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行輸出展現(xiàn)。常用的聲音包括:器械操作聲、麻醉機(jī)等設(shè)備聲、病人的反饋聲等。

2.2.4 交互控制與空間定位 交互控制模塊主要完成對(duì)操作者動(dòng)作姿態(tài)的獲取和空間定位，對(duì)定位精度和實(shí)時(shí)性的要求較高。作為人機(jī)交互接口的重要部分，還需要對(duì)學(xué)習(xí)者的雙手操作進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度，并對(duì)計(jì)算完的力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋輸出。同時(shí)，定位信息也將傳遞到碰撞檢測(cè)計(jì)算模塊，為其提供計(jì)算依據(jù)。

2.2.5 形變與切割計(jì)算 形變和切割計(jì)算模塊是依據(jù)物理模型屬性，計(jì)算人體模型在虛擬器械的作用下發(fā)生的彈性形變、切割等拓?fù)涓淖?，并把結(jié)果傳遞到視覺(jué)場(chǎng)景繪制模塊中。該模塊需要滿足計(jì)算的實(shí)時(shí)性、健壯性和精確性，常用的計(jì)算模型有:彈簧振子模型、有限元模型和混合計(jì)算模型。

2.2.6 碰撞檢測(cè)計(jì)算 碰撞檢測(cè)是形變和力反饋計(jì)算的基礎(chǔ)，同時(shí)也是軟組織切割模擬的先決條件［7，9］。主要包括虛擬手術(shù)器械與人體組織模型之間的碰撞檢測(cè)及幾種虛擬器械之間的碰撞檢測(cè)。其算法的穩(wěn)定性和精確性將會(huì)對(duì)后續(xù)處理乃至整個(gè)虛擬仿真環(huán)境的性能產(chǎn)生巨大影響，常用的算法有:空間分解法和層次包圍盒方法等。

2.2.7 特效計(jì)算 為滿足虛擬環(huán)境的真實(shí)性，其特殊的視覺(jué)特效計(jì)算是必不可少的，特效模塊主要用來(lái)計(jì)算虛擬場(chǎng)景中組織器官的紋理高光、血液流動(dòng)和擴(kuò)散、氣泡、煙霧等視覺(jué)特效。常采用透明通道繪制、流體力學(xué)模型、粒子系統(tǒng)模型等方法計(jì)算實(shí)現(xiàn)。

2.2.8 教學(xué)評(píng)判 為滿足教學(xué)實(shí)際需要，虛擬環(huán)境應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)教學(xué)回饋功能，用于檢查和回顧演練虛擬操作的過(guò)程。還應(yīng)包含教學(xué)評(píng)判，用于對(duì)學(xué)習(xí)者操作演練過(guò)程進(jìn)行綜合評(píng)判，評(píng)判規(guī)則和內(nèi)容可預(yù)先設(shè)定或從外部專家數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)入。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)

依托國(guó)家自然科學(xué)基金和科技部863計(jì)劃課題，針對(duì)膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的臨床教學(xué)需求，應(yīng)用醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境架構(gòu)，我們開(kāi)發(fā)完成了一套虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)［9］。包含一臺(tái)Quadro FX 3400小型圖形工作站、兩臺(tái)PhanTom Desktop力反饋交互設(shè)備、一個(gè)液晶顯示器、一對(duì)立體聲音箱、一套仿真器械接口。虛擬仿真程序在Visual C++6.0環(huán)境下開(kāi)發(fā)，圖形顯示使用OpenGL類庫(kù)，觸覺(jué)仿真進(jìn)程采用GHOST SDK接口開(kāi)發(fā)。由于是仿真腔鏡下的手術(shù)場(chǎng)景，采用了平面方式向用戶顯示虛擬場(chǎng)景和軟件用戶界面，兩臺(tái)力反饋設(shè)備提供左右手的操作力學(xué)通道并與圖形工作站相連。交互設(shè)備的端點(diǎn)設(shè)計(jì)了仿真器械接口由用戶操縱，用來(lái)模擬膝關(guān)節(jié)鏡以及其他手術(shù)器械，它們將用戶操作的位置和姿態(tài)信息傳送給工作站，并且將工作站對(duì)操作進(jìn)行仿真計(jì)算得到的力反饋給用戶。這些觸覺(jué)信息結(jié)合工作站的顯示器提供的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)信息使得用戶產(chǎn)生一種正在進(jìn)行真實(shí)手術(shù)的沉浸感(如圖3所示)。該系統(tǒng)在國(guó)家執(zhí)業(yè)醫(yī)師協(xié)會(huì)培訓(xùn)基地用于培訓(xùn)關(guān)節(jié)鏡醫(yī)師，取得了良好的教學(xué)效果。

圖3 應(yīng)用“虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)”培訓(xùn)執(zhí)業(yè)醫(yī)師

3.2 肝臟手術(shù)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)

圖4 “肝臟手術(shù)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)”環(huán)境結(jié)構(gòu)

依托總部訓(xùn)練模擬器材研發(fā)項(xiàng)目，我們初步開(kāi)發(fā)完成了一套肝臟手術(shù)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，包含:一臺(tái)DELL T7500圖形工作站(配置Quadro FX 3700圖形卡)、兩臺(tái)PhanTom Omni力反饋交互設(shè)備、一個(gè)120 Hz的液晶顯示器、一套3D Vision立體顯示系統(tǒng)、一對(duì)立體音箱(如圖4所示)。由于肝臟手術(shù)不同于腔鏡手術(shù)，是開(kāi)放式操作，學(xué)習(xí)者需觀看直視下立體影像，且肝臟解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求仿真訓(xùn)練時(shí)顯示的虛擬場(chǎng)景立體感強(qiáng)、亮度高、實(shí)時(shí)性好，因此我們采用了基于OpenGL和3D Vision SDK的立體顯示方案［10］，并基于OpenHaptic軟件環(huán)境開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)仿真，其中空間定位系統(tǒng)集成于力反饋設(shè)備手柄中。通過(guò)該虛擬仿真教學(xué)環(huán)境，能較好地展現(xiàn)出肝組織以及肝內(nèi)管道之間的空間毗鄰關(guān)系，有效地提高了虛擬場(chǎng)景的沉浸感。

4 結(jié)論與展望

依據(jù)醫(yī)學(xué)教學(xué)的需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境，并針對(duì)臨床實(shí)際手術(shù)訓(xùn)練，開(kāi)發(fā)完成了仿真應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)逼真、實(shí)時(shí)的視覺(jué)、觸覺(jué)和立體聲聽(tīng)覺(jué)反饋，構(gòu)建了以學(xué)習(xí)者為核心的、模型準(zhǔn)確、集成效率高、穩(wěn)定可靠的數(shù)字化虛擬環(huán)境，為學(xué)習(xí)者提供了身臨其境的感知體驗(yàn)。通過(guò)在臨床手術(shù)仿真、操作技能培訓(xùn)、模擬演練和解剖教學(xué)等方面進(jìn)行教學(xué)應(yīng)用，結(jié)果表明:醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境具有教學(xué)訓(xùn)練過(guò)程安全無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、高效率、學(xué)習(xí)體驗(yàn)真實(shí)、教學(xué)過(guò)程可調(diào)控以及知識(shí)庫(kù)多樣性等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)促進(jìn)醫(yī)學(xué)教育與訓(xùn)練模式的改革，提高訓(xùn)練效率和質(zhì)量有著重要意義，在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Construction of the medical virtual simulation training environment

Tan Ke，Pan Xinhua，Gao Yuan
Educational Technology Center，the Chinese PLA General Hospital，Beijing 100853，China

This paper analyzes the characteristics of the medical virtual simulation training environment and designs a framework of the training environment.Then it discusses the framework of the environment and system function modules，and introduces two application cases by relating to clinical teaching.Educational application shows that this simulation training environment enhances the advantages of risk-free security，great efficiency，genuine learning experience and wide application prospect.

medical virtual simulation;training environment;sense of immersion;framework

G434

A

1004-5287(2012)05-0535-04

2012-05-23

譚珂(1973-)，男(蒙古族)，長(zhǎng)沙人，高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向:醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)。