虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)在院前急救的應(yīng)用前景

曹悅

摘要： 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速崛起，展現(xiàn)出其應(yīng)用在各個領(lǐng)域中的巨大可能性。本文簡述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義和特點，并探討其在院前急救工作中的應(yīng)用潛力，同時對虛擬現(xiàn)實技術(shù)存在的問題及發(fā)展前景進行了淺析。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術(shù) 院前急救 應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，以下簡稱VR）技術(shù)是一種可以創(chuàng)建虛擬環(huán)境，并讓用戶體驗其中的計算機仿真系統(tǒng)，它用計算機生成一種多源信息融合、交互式的三維動態(tài)視景，其實體行為的系統(tǒng)可以使用戶喚醒或復(fù)制對真實世界的感受，從而沉浸到該模擬環(huán)境中。VR技術(shù)己被運用在多個領(lǐng)域中，其在院前急救工作中也展現(xiàn)出越來越多的可能性。

1 VR技術(shù)的發(fā)展階段及特性

1.1 VR技術(shù)的發(fā)展大體可分為四個階段。

第一階段（1963年以前）。VR思想其實就是生物對真實環(huán)境中五感的交互式模擬，美國科幻小說家斯坦利·溫鮑姆于1935年在他的小說中首次構(gòu)想了以眼鏡為基礎(chǔ)、涉及視覺、觸覺、嗅覺的沉浸式體驗虛擬現(xiàn)實概念，這是目前可以追溯到的最早的關(guān)于VR的構(gòu)想。莫頓·海利在1957到1962年之間，研究并發(fā)明了Sensorama，并在1962年申請了專利。這種“全傳感仿真器”的發(fā)明，蘊涵了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的思想理論。

第二階段（1963-1972年）。美國計算機圖形學(xué)之父伊凡·蘇澤蘭于1968年開發(fā)了第一個計算機圖形驅(qū)動的頭盔顯示器HMD及頭部位置跟蹤系統(tǒng)，是VR技術(shù)發(fā)展史上一個重要的里程碑。這是VR技術(shù)的萌芽階段。

第三階段（1973-1989年）。該階段主要有兩件大事，M.W.Krueger設(shè)計了一個可以產(chǎn)生虛擬圖形環(huán)境的VIDEOPLACE系統(tǒng)，使體驗者的圖像投影能實時地響應(yīng)自己的活動。另外一件則是由M.MGreevy領(lǐng)導(dǎo)完成的VIEW系統(tǒng)，它是讓穿戴數(shù)據(jù)手套和頭部跟蹤器的體驗者，通過語言、手勢等交互方式，形成虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。這時虛擬現(xiàn)實概念和理論己初步形成。

第四階段（1990至今）。1992年美國交互式系統(tǒng)項目工作組的報告中對VR提出了較系統(tǒng)的論述，并確定和建議了未來虛擬現(xiàn)實環(huán)境領(lǐng)域的研究方向。其后，各領(lǐng)域公司都相繼推出自己的VR設(shè)備，從此VR設(shè)備真正走入了大眾的視野，VR理論也得到進一步完善和應(yīng)用。

可以認為，VR技術(shù)的核心是建模與仿真，它是計算機圖形學(xué)、仿真技術(shù)、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合，是一個極富挑戰(zhàn)性的前沿科技和研究領(lǐng)域。

1.2 VR技術(shù)主要有四個特性。

1.2.1 多感知性

普通計算機一般只具有最基礎(chǔ)的視覺和聽覺感知，而VR技術(shù)應(yīng)當(dāng)具有觸覺感知、物理感知、運動感知，甚至還包括味覺、嗅覺感知等。理想的VR技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。

1.2.2 存在感

指體驗者存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該讓體驗者沉浸于數(shù)據(jù)空間中，以更自然、更直接的方式進行操作并得到反饋，覺得自己身臨其境，是虛擬環(huán)境的一份子，而不是一個旁觀者。

1.2.3 交互性

指體驗者對虛擬環(huán)境的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。在這種虛擬環(huán)境中，體驗者可以利用一些傳感設(shè)備進行操作，而這種操作的感受就像是在現(xiàn)實世界中活動一樣。

1.2.4 自主性

指虛擬環(huán)境中的物體依據(jù)現(xiàn)實世界物理運動定律動作的程度。比如環(huán)境中的物體遇到某種操作，而這種操作在遵循物理定律的原則下，會有各種可能性，從而反饋出不同的結(jié)果。

2 VR技術(shù)在院前急救工作中的應(yīng)用潛力

VR技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，稱之為虛擬醫(yī)學(xué)或仿真醫(yī)學(xué)。隨著信息科學(xué)和生命科學(xué)的飛速發(fā)展，不同學(xué)科間的交叉和滲透，使得VR技術(shù)越來越多地應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。在醫(yī)學(xué)教學(xué)和仿真訓(xùn)練等方面，VR技術(shù)有著不可替代和令人振奮的發(fā)展前景。

2.1 在急救教學(xué)中的應(yīng)用

介于VR技術(shù)的特征，將其應(yīng)用于急救教學(xué)中，對醫(yī)學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)具有獨特的優(yōu)勢。通過VR技術(shù)可以生成平時難以表現(xiàn)的模擬教學(xué)場景，學(xué)生利用VR設(shè)備可以在更具有感官性的環(huán)境下體驗學(xué)習(xí)，不僅能夠看到一個三維空間的環(huán)境還可以參與其中，較之平面教學(xué)會更容易理解和操作，并且更具真實感。例如人體解剖學(xué)，傳統(tǒng)的人體解剖學(xué)以課堂講解為主，再結(jié)合圖譜、模型和尸體解剖來加深學(xué)生的理解，如若缺少尸體標(biāo)本將會嚴(yán)重影響教學(xué)效果，而通過VR技術(shù)將人體的器官、組織、系統(tǒng)，細胞，生理及病理情況等各類信息數(shù)字化，建立出虛擬人體，在虛擬環(huán)境下對虛擬人體進行各種操作，例如放大縮小、旋轉(zhuǎn)平移，還可以單獨觀察不同部位的三維模型。學(xué)生在虛擬環(huán)境中還可以利用虛擬器械模擬解剖操作。VR技術(shù)能讓學(xué)生在虛擬人體上進行學(xué)習(xí)和操作，將抽象轉(zhuǎn)為具象，既可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加深了記憶，也可解決尸體標(biāo)本缺乏問題，降低了教學(xué)成本。

2.2 在應(yīng)急演練中的作用

傳統(tǒng)的應(yīng)急演練首先需投入大量的人力和財力模擬一個危險的場景，例如大型事故，大型災(zāi)難等，并且伴有一定的危險性，如果利用VR技術(shù)，能輕松創(chuàng)建一個具有真實感的危險場景，并且極大的減少危險性。例如以往的應(yīng)急演練，未必能制造一個現(xiàn)實的災(zāi)難場景，只能利用警報聲通知演練開始，體驗者的撤離可能變成了一場單純的跑步運動，缺乏緊張感和真實感，當(dāng)災(zāi)難真的發(fā)生時依舊不會自救互救。若利用VR技術(shù)，可以創(chuàng)建出一個還原度百分之百的災(zāi)難場景，甚至可以做出不同類型的傷員，讓體驗者身臨其境感受到災(zāi)難帶來的心理和身體的雙重感官印象，增加緊張感和危機感。體驗者可以通過身體記憶在虛擬場景中認識急救包，AED等各種救援器材器械的樣子、位置以及正確的使用方法，在與虛擬環(huán)境的互動中提高心理素質(zhì)，學(xué)會怎么保護自己，幫助別人。VR模擬演練不僅直觀、真實，還可以重復(fù)利用，極大的節(jié)約了成本，也減少了意外傷害。

2.3 在急救科普中的應(yīng)用

急救工作就是和時間賽跑，例如心肺復(fù)蘇（CPR）是院前急救中一個非常重要的手段，CPR是針對驟停的心臟和呼吸采取的救命技術(shù)，越早CPR存活率越高，而CPR現(xiàn)實中只能利用模擬人進行培訓(xùn)和操作，并且受眾狹窄，普通市民很難接觸到。如果利用VR技術(shù)進行CPR模擬，就可以填補空白，在虛擬環(huán)境中，體驗者可以經(jīng)歷一個完整的心肺復(fù)蘇急救過程，該模擬內(nèi)容可以讓體驗者學(xué)會CPR的流程和要點，而且每一步驟的應(yīng)用更詳細到身體相對應(yīng)的部位，普通市民也可以直觀的學(xué)習(xí)到如何操作。不僅僅是CPR，其他例如骨折、外傷，呼吸道異物等突發(fā)情況，在等待救護人員趕到現(xiàn)場的時間，甚至可以利用網(wǎng)絡(luò)和VR技術(shù)在雙方建立同樣的虛擬場景，由救護車上的醫(yī)生遠程指導(dǎo)市民進行自救。

3 VR技術(shù)存在的問題和發(fā)展前景

VR技術(shù)將來會發(fā)展成一種改變我們生活方式的新突破，但是距離真正的應(yīng)用還有一段很長的路要走。例如VR設(shè)備的連接限制了體驗者的活動范圍；模擬動作的局限性；容易讓人感到疲勞；成本較高；如何創(chuàng)建最真實的環(huán)境等，這些都是目前需要解決的問題。即使如此，VR技術(shù)在各領(lǐng)域的介入己成為必然，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域亦不例外，如今，VR技術(shù)已經(jīng)在骨科、普通外科、神經(jīng)外科、泌尿外科、胸外科、婦產(chǎn)科等眾多學(xué)科的臨床診療和手術(shù)教學(xué)方面得到了不同程度的應(yīng)用。今后，隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和VR技術(shù)的日趨成熟，終有一天它將成為我們與計算機交互方式最大的一種轉(zhuǎn)型，改變?nèi)藗兣c科技之間的關(guān)系，為醫(yī)療事業(yè)帶來重大的變革。

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