VR技術(shù)在醫(yī)學專業(yè)考試復習中的開發(fā)與應用

安小霞 孫嘉楠 張越

摘 要：傳統(tǒng)的醫(yī)考復習模式有其優(yōu)勢，但總的來說其還是存在以下主要問題：復習效率低下，缺少實操環(huán)境和標準化人體模型。而VR技術(shù)在醫(yī)學專業(yè)考試復習中的開發(fā)與應用則可以有效地解決此類問題，極大地提高考生的復習效率。它主要應用到了以下四個技術(shù)：動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖形生成和顯示技術(shù)、人機交互設備、智能化語音虛擬現(xiàn)實。讓醫(yī)考復習具有可模擬性，可操作性和真實感。

關鍵詞：VR技術(shù);醫(yī)考復習;人機交互;實時三維圖形生成和顯示

近年來，隨著醫(yī)學專業(yè)考試考生數(shù)量的增長，不同的考試培訓機構(gòu)層出不窮，在網(wǎng)課理論學習被普遍應用的今天，醫(yī)學考生對實操訓練的愿望越來越強烈，傳統(tǒng)的考試復習模式缺乏合適的訓練環(huán)境，醫(yī)考復習中實物資源不足，考生不易掌握相關操作的流程，而且有些實操練習有一定的風險性。所以，為了鞏固醫(yī)學考生在實操這一部分的練習環(huán)境，方便考生直觀的復習各項?？撇轶w手法，使考生熟練掌握相關技能操作，形成系統(tǒng)操作思維，高效且實用的復習方法是考生所追求的。

虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）是近年來興起的一門跨學科領域的綜合高端技術(shù)，應用計算機動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)和智能化人機交互的適配模式，實時生成和顯示數(shù)字三維模型，實現(xiàn)人與計算機之間互動。[2]虛擬技術(shù)是由計算機生成的數(shù)字模擬系統(tǒng)，其特點在于虛擬的真實感、可造塑性、可模擬性、可操作性與可通信性。利用以上特性不僅節(jié)省資源，也打破了時空條件的限制，更有利于學習的補充，使考生熟練掌握實踐技能操作，提高復習效率，在應用市場中具有競爭價值。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 國內(nèi)VR技術(shù)在醫(yī)學方面的應用

2009年，鐘世鎮(zhèn)、傅征等主編的《數(shù)字醫(yī)學概論》，作為國內(nèi)第一部系統(tǒng)全面描述數(shù)字醫(yī)學的專著，有關VR技術(shù)應用在臨床醫(yī)學散在見于書中“虛擬外科手術(shù)”“第二代中國虛擬人”等章節(jié);Pieper及Satara等研究者在90年代初基于兩個SGI工作站建立了一個虛擬外科手術(shù)訓練器，用于腿部及腹部外科手術(shù)模擬。這個虛擬的環(huán)境包括虛擬的手術(shù)臺與手術(shù)燈，虛擬的外科工具（如手術(shù)刀、注射器、手術(shù)鉗等），虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺手套，使用者可以對虛擬的人體模型進行手術(shù);2016年7月12日，上海交通大學醫(yī)學院直播了一臺由副院長、肝臟外科科主任夏強主刀的小兒活體肝移植手術(shù)。與之前不同的是，這次直播采用了當前最為先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）來顯示手術(shù)的全景畫面，這也是全國首次采用VR技術(shù)直播的3D兒童肝移植手術(shù);如北京航天航空大學在分布式飛行模擬方面的應用;浙江大學在建筑方面進行虛擬規(guī)劃、虛擬設計的應用等，這些例子都一一證明了VR技術(shù)能夠幫助醫(yī)學解決一些傳統(tǒng)的技術(shù)問題，同時也顯現(xiàn)出了VR技術(shù)在醫(yī)學方面的發(fā)展前景是非常好的。

1.2 國外VR技術(shù)在醫(yī)學方面的應用

加拿大初創(chuàng)公司Aris MD正在開發(fā)一種AR/VR系統(tǒng)來處理2D掃描圖像并將其轉(zhuǎn)換為3D圖像，這些圖像在手術(shù)期間覆蓋在患者身上。使用來自MRI，CT，X射線或超聲掃描的診斷圖像，該技術(shù)提供了患者解剖和損傷的圖。這樣的“地圖”可以節(jié)省手術(shù)時間并減少患者麻醉的時間。美國加州健康科學西部大學目前已建成一個虛擬現(xiàn)實學習中心，該中心擁有四種VR技術(shù)：Anaomage虛擬解剖臺、z Space顯示屏、Oculus Rift頭顯和iPad上載的斯坦福大學開發(fā)的解剖模型;2016年12月，全球VR聯(lián)盟（Global VR Association）成立。美國Surgical Theater公司—3D虛擬現(xiàn)實的導航操作系統(tǒng)等，也進一步證明了VR技術(shù)在醫(yī)學領域的重大突破和巨大優(yōu)勢，展現(xiàn)了VR技術(shù)在醫(yī)學專業(yè)考試復習中的開發(fā)與應用前景非常廣闊，同時也為其提供了一定的開發(fā)與應用。

2 技術(shù)構(gòu)建

VR技術(shù)在醫(yī)學專業(yè)考試復習中的開發(fā)與應用的研究，包括設計、研發(fā)制作醫(yī)考最優(yōu)復習方式、高效的理解與記憶、規(guī)范化醫(yī)考實操、通用。眾所周知，醫(yī)學知識內(nèi)容多且繁雜，傳統(tǒng)的醫(yī)考復習模式已不能滿足需求，故為了能夠提高醫(yī)學專業(yè)考試復習的效率，大幅縮短復習時間，我們有下面四個技術(shù)：

（1）動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)：是為了獲得現(xiàn)實環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)實際情況構(gòu)建相應的虛擬環(huán)境，通過對虛擬環(huán)境模型的建立，可模擬多種現(xiàn)實環(huán)境，如病房、實驗室等，通過此種模擬，使用者無論何時何地都能進入進行動作所需的場景或情景。

（2）實時三維圖形生成和顯示技術(shù)：主要為VR眼鏡的原理。

（3）人機交互技術(shù)：虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)人能夠自由在虛擬世界對象進行交互，猶如身臨其境，借助的輸入輸出設備主要有頭盔顯示器、三維位置傳感器、聲音產(chǎn)生器及部分輔助設備，如數(shù)據(jù)手套、衣服、體感手柄等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)人能夠自由在虛擬世界對象進行交互，如通過體感手柄或數(shù)據(jù)手套，可與虛擬標準化病人進行交互，完成對于?？撇轶w的檢查過程，擺脫了使用者想要進行練習時，所受的時間、空間的約束。相比與視頻類課程，能與模擬標準化病人直接進行交互這一特點可幫助使用者更好的理解消化內(nèi)容，增加熟練度，加深短時和長時記憶。

（4）語音虛擬現(xiàn)實智能化：虛擬現(xiàn)實建模是一個比較繁復的過程，需要大量的時間和精力。如果將VR技術(shù)與智能技術(shù)、語音識別技術(shù)結(jié)合起來，可以很好地解決這個問題。將人工智能（AI）語音與模擬現(xiàn)實相結(jié)合是目前針對與VR技術(shù)領域較為新鮮的技術(shù)之一，我們可利用這一結(jié)合，在復習形式中加入問答方式，同時在?？撇轶w的內(nèi)容中增加問診的環(huán)節(jié)，幫助使用者熟練內(nèi)容。對模型的屬性、方法和一般特點的描述通過語音識別技術(shù)轉(zhuǎn)化為建模所需要的數(shù)據(jù)，然后利用計算機圖形處理技術(shù)和人工智能技術(shù)進行綜合分析及及時作出相應評價，將模型用對象表示出來，并且將各種模型靜態(tài)或動態(tài)地連接起來，最終形成系統(tǒng)模型。[3]

3 優(yōu)勢

3.1 操作對象和環(huán)境更逼真，沉浸式操作訓練

傳統(tǒng)的技能操作訓練只能在特定的訓練基地用假人模型進行訓練，但是假人模型的身體數(shù)據(jù)狀態(tài)與真人有很大差距，且許多相對應訓練的假人模型缺少整體性，不利于考生進行整體化操作。VR技術(shù)可基于計算機對人體數(shù)據(jù)的收集，構(gòu)建人體仿真模型，使考生對操作理解更加直觀。同時，采用動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)和人機交互設備，令操作模擬的視野和感覺更加接近于現(xiàn)實，加深考生對操作的認識和記憶，提高考生復習效率。

3.2 操作具有可重復性，彌補實物資源的不足

傳統(tǒng)的實地操作訓練由于實物設備、實驗場地等原因?qū)е乱淮蟛糠謱W生無法獲得相應訓練機會，同時，許多操作具有風險性，且臨床中由于醫(yī)療資源差異，有些技能操作無法進行，導致大部分學生沒有條件進行訓練。VR技術(shù)不僅有生動的講解、注意事項以及病人實時反應，而且為考生大大增加了實踐機會，學習接觸不到的操作，降低了病人的風險。

3.3 實時交互，有效加強實踐訓練，提高操作精度和準確性[4]

VR系統(tǒng)在操作過程中，能檢測考生的操作規(guī)范度，采集各種數(shù)據(jù)，實時反饋考生的操作水平，保證了考生操作的精準度，有效支持理論內(nèi)容的復習，提高考生實踐技能操作的精細度和準確度，大幅縮短學習時間，擺脫傳統(tǒng)的復習模式。

3.4 實現(xiàn)VR遠程教學[5]

通過信號傳輸，保證考生遠距離互動學習，在有效技術(shù)支持下，實現(xiàn)遠程訓練，提高考生熟練度，加深考生對理論知識的理解及實踐操作的熟練度，更大幅度的提升考生的考試通過率。

4 結(jié)語

本文VR技術(shù)在醫(yī)學專業(yè)考試復習中的開發(fā)與應用的研究，包括設計、研發(fā)制作醫(yī)考最優(yōu)復習方式、高效的理解與記憶、規(guī)范化醫(yī)考實操、通用。經(jīng)過一系列的調(diào)查與測試效果良好，很好地達到了我們的預期效果。

參考文獻：

[1]李婧.醫(yī)學模擬教育與人才培養(yǎng)——談VR/AR在醫(yī)學院校的應用前景[J].內(nèi)蒙古師范大學學報（哲學社會科學版），2018，47（06）：113-116.

[2]劉琳，蘇雪晨.基于VR技術(shù)的沉浸式學習環(huán)境的構(gòu)建研究[J].信息與電腦，2020（03）：1003-97.

[3]趙守凱，林慧君.VR數(shù)字電子技術(shù)實驗室的設計與實現(xiàn)[J].計算機時代，2020（04）：1006-8228.

[4]李柯.一種基于VR技術(shù)的遠程規(guī)劃優(yōu)化系統(tǒng)[J].信息通信，2019（12）：1673-1131.

[5]潘衛(wèi)軍，徐海瑤，朱新平.基于VR技術(shù)的機場應急救援虛擬演練平臺[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2020（02）：1673-193X.