虛擬現(xiàn)實技術(shù)在心臟醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用與實現(xiàn)

摘要：虛擬現(xiàn)實是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)， 人們可在此進(jìn)行操作或控制，實現(xiàn)特殊的目的。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注。該文主要探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)在心臟醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用與實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；醫(yī)學(xué)教學(xué)；交互性；心臟

中圖分類號：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）32-7786-02

Abstract： Virtual reality is a computer systems which can create and experience the virtual world. People can operate， control and reach some special purposes in this system. The application of technology about virtual reality in medicial fields has been paid close attention to. This paper investigates the application and realization about technology of virtual reality used in heart medical education.

Key words： Virtual Reality； Medical Education； Interactivity； Heart

1 概述

虛擬現(xiàn)實是指用計算機(jī)生成的一種逼真的三維環(huán)境，在電腦模擬產(chǎn)生的一個虛擬世界中，用戶可以及時、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物，它是計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)以及傳感技術(shù)等許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有三個基本特征：浸沒感（Immersion）——用戶在模擬環(huán)境中的真實性，交互性（Interactivity）——用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的實時可操控性），構(gòu)想性（Imagination）——虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有廣闊的可想像空間及環(huán)境。虛擬現(xiàn)實強(qiáng)調(diào)了在虛擬系統(tǒng)中的人的主導(dǎo)作用，實時交互性是虛擬現(xiàn)實技術(shù)最本質(zhì)的特征和要求之一，也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的精髓。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)開始于軍事領(lǐng)域的需求，現(xiàn)在已開始從高端領(lǐng)域全面走向?qū)I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，在娛樂、教育、藝術(shù)方面的應(yīng)用占主流，發(fā)揮的作用也越來越大。

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

虛擬現(xiàn)實技術(shù)正在廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注。

國外的起步較早，美國作為虛擬現(xiàn)實的發(fā)源地，早在上世紀(jì)80年代就進(jìn)行了人體解剖圖像數(shù)字化資料研究，90年代末，開展了虛擬解剖學(xué)、虛擬放射學(xué)、虛擬內(nèi)窺學(xué)等學(xué)科的計算機(jī)輔助教學(xué)。目前，已研制出了人體虛擬解剖，一套完整的人體虛擬解剖系統(tǒng)，學(xué)生利用在虛擬的組織和器官問的模擬操作感受觸覺反饋，使學(xué)生更快地掌握手術(shù)要領(lǐng)和技術(shù)。從而提高診斷和治療水平。

我國與國際相比，雖有一定的差距，但目前已引起政府、科技界的高度重視，九五規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金委、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃等都把虛擬現(xiàn)實列入了研究項目。目前，已成為當(dāng)今最有影響力的高新產(chǎn)業(yè)技術(shù)之一。國內(nèi)一些重點院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。從2004年首屆虛擬現(xiàn)實峰會舉辦以來，中國虛擬現(xiàn)實峰會已成為業(yè)內(nèi)具有重要影響力的業(yè)內(nèi)活動。綠色醫(yī)療研究院也在2012年的峰會中正式宣告成立，伴隨著我國醫(yī)療事業(yè)和IT技術(shù)的不斷發(fā)展壯大，虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、臨床培訓(xùn)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 。采用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)來輔助醫(yī)學(xué)教學(xué)，可以使教師與醫(yī)學(xué)學(xué)生以三維的形式看到人體結(jié)構(gòu)的形狀、位置及器官間的相互空間關(guān)系等，從不同角度，真實模擬及分析，從而獲得前所未有的直觀感受，不僅降低了成本，而且是傳統(tǒng)的文字、二維圖像、生物標(biāo)本所不能達(dá)到的學(xué)習(xí)效果。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在心臟醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用與實現(xiàn)

心臟是人體重要器官之一，是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、快速活動的立體器官，一直都是臨床醫(yī)學(xué)研究的重點。心臟病很可怕，它限制人的活動、降低生活質(zhì)量，甚至威脅人的生命。然而更可怕的是人民缺乏對心臟病的認(rèn)知。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展使得三維虛擬心臟的教學(xué)應(yīng)用成為可能。不僅可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)學(xué)生的教學(xué)中，也可以應(yīng)用在心臟的科普教育中。

虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)教育的應(yīng)用與實現(xiàn)需要以下幾個步驟：三維虛擬心臟的建模、三維心臟模型的表面紋理貼圖處理、虛擬心臟動畫及交互功能的仿真。

適當(dāng)動畫可以讓畫面更生動有趣，便于表述心臟的工作及病變情況。用FFD修改編輯器和動畫的設(shè)計，可以充分體現(xiàn)心臟的跳動過程。完成了對心臟結(jié)構(gòu)及血管系統(tǒng)的可視化處理后，最后將在3DMAX中完成的模型及剛體、柔體動畫導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實引擎平臺，在后期引擎中調(diào)整貼圖色彩、優(yōu)化作品，編寫交互腳本及交互界面設(shè)計，程序調(diào)試正常、作品發(fā)布。

用計算機(jī)系統(tǒng)可以幫助醫(yī)學(xué)生試驗不同的選擇，分析病理問題，操作虛擬的心臟模型，不會危害到患者，對心臟的醫(yī)學(xué)教學(xué)、病理分析、科普教育起到了一定的輔助作用。

4 小結(jié)

本次設(shè)計雖然僅僅涉及了心臟結(jié)構(gòu)及心血管方面的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用，取得了較好的效果。下一步，我們將繼續(xù)研究技術(shù)，并結(jié)合硬件，融合較完整的心臟病理知識，向臨床實踐靠攏。在醫(yī)療診斷、手術(shù)模擬方面進(jìn)行實踐與應(yīng)用。隨著我國醫(yī)療事業(yè)和IT事業(yè)的不斷發(fā)展壯大，虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用將更廣泛、深入。

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