虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用
2021-1-9 18:34:11??????點(diǎn)擊：
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自20世紀(jì) 90 年代中期開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)護(hù)理教學(xué)領(lǐng)域 , 在臨床護(hù)理思維以及臨床綜合能力訓(xùn)練中都有較好的應(yīng)用。在虛擬環(huán)境中，可以建立虛擬的人體模型，借助于跟蹤球、HMD、數(shù)據(jù)手套等儀器 , 都可以很容易了解人體內(nèi)部各器官結(jié)構(gòu)。
(1) 遠(yuǎn)程醫(yī)療 : 遠(yuǎn)程手術(shù)是將裝備有基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的遠(yuǎn)程控制操作設(shè)備的遙控手術(shù)中心與邊遠(yuǎn)地區(qū)建立起遠(yuǎn)程醫(yī)療虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。醫(yī)生可以利用遠(yuǎn)程醫(yī)療虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)遠(yuǎn)距離遙控外科手術(shù) , 只需對(duì)虛擬病人模型進(jìn)行手術(shù) , 手術(shù)實(shí)際進(jìn)展的圖像也可通過(guò)機(jī)器人攝像機(jī)實(shí)時(shí)傳給醫(yī)生的頭盔立體顯示器 , 并將其與虛擬病人疊加 , 以便醫(yī)生實(shí)時(shí)掌握手術(shù)情況并發(fā)出手術(shù)指令 , 并通過(guò)高速寬帶網(wǎng)絡(luò)將醫(yī)生動(dòng)作傳送到網(wǎng)絡(luò)另一端的手術(shù)機(jī)器人 , 由機(jī)器人對(duì)危急病人實(shí)施遠(yuǎn)程手術(shù)。目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于臨床手術(shù)中 , 并開始逐步走向成熟。
(2) 外科手術(shù) : 醫(yī)生可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在手術(shù)前模擬手術(shù)過(guò)程 , 為將要進(jìn)行的手術(shù)提供操作和信息上的輔助 , 改進(jìn)醫(yī)生的手術(shù)計(jì)劃過(guò)程 , 制定手術(shù)方案。該技術(shù)把各種診斷傳感器搜集到的信息 , 集成到手術(shù)所面臨的實(shí)際環(huán)境的模型中 , 以便醫(yī)生做計(jì)劃 , 醫(yī)生可在這個(gè)虛擬環(huán)境中觀察、分析、預(yù)測(cè)手術(shù)方案的后果。
(3) 虛擬人體 : 虛擬人體及虛擬人體器官在解剖學(xué)、外科學(xué)、放射學(xué)等醫(yī)學(xué)研究中具有較高的價(jià)值。它可開展虛擬解剖學(xué)、虛擬放射學(xué)、虛擬內(nèi)窺鏡學(xué)等學(xué)科的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。德國(guó)漢堡大學(xué)則用 CT 和 MR I 橫截面影像或組織學(xué)切片建立起空間模型 , 采用人工智能技術(shù) , 把人體各部位不同領(lǐng)域的知識(shí)填充到空間模型 , 制成了解剖三維可視化虛擬人體圖譜 。
醫(yī)學(xué)培訓(xùn)方面
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)改變了人機(jī)交互的被動(dòng)方式 , 對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式、教學(xué)手段和教學(xué)方法產(chǎn)生了深刻影響 ,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 , 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為有效的訓(xùn)練工具正在順利發(fā)展。主要的應(yīng)用包括虛擬解剖學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)室和虛擬手術(shù)等。
(1) 虛擬解剖學(xué) : 在解剖學(xué)中 , 可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) , 借助重組技術(shù)中的多層面重組、曲面重組、最大密度投影、最小密度投影、表面遮蓋顯示、透明顯示等技術(shù)可以直觀的顯示組織、器官、肌肉、血管、神經(jīng)等的系統(tǒng)解剖 , 局部解剖及斷層解剖結(jié)構(gòu) , 并且可以通過(guò)測(cè)量、旋轉(zhuǎn)、解剖等操作更加形象、逼真地全面了解人體各解剖結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造與功能。例如德國(guó)漢堡 Eppendorf 大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)研究所建立了一個(gè)名為VOXEL-MAN 的虛擬人體系統(tǒng) , 它包括人體每一種解剖結(jié)構(gòu)的三維模型 , 肌肉、骨骼、血管及神經(jīng)等任一部分都是三維可視的 , 使用者戴上頭盔顯示器就可以模擬解剖過(guò)程
(2) 虛擬實(shí)驗(yàn)室 : 虛擬實(shí)驗(yàn)室在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作技能方面起到積極的作用。學(xué)生通過(guò)在虛擬實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí) , 可以了解到醫(yī)學(xué)發(fā)展中較前沿的一些儀器 ( 如流式細(xì)胞儀等 ) 的結(jié)構(gòu)、原理、操作步驟、實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng) , 以及進(jìn)行操作后出現(xiàn)的各種結(jié)果。為以后的學(xué)習(xí)及工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中還可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)研究 , 例如美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)研制的 Grope 應(yīng)用 VR 技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜分子合成實(shí)驗(yàn)，研究人員在 VR 境界中控制藥物分子模型，通過(guò)所模擬分子的分子力反饋測(cè)試出把該藥物分子安放在其他分子的結(jié)合基上的最佳方向，即所謂的“分子入位”，利用計(jì)算機(jī)生成的分子模型 , 把所有相關(guān)類型的藥物連接在一起，并將其鎖定在病原體上，從而解除病原體的致病能力。藥物設(shè)計(jì)師戴上三維實(shí)體眼鏡，在屏幕上觀察分子結(jié)構(gòu)的立體圖像 , 使分子間能相互結(jié)合 , 研究人員正在用這種方法研制抗癌藥的合成
(3) 虛擬手術(shù) : 虛擬手術(shù)是 VR 技術(shù)在醫(yī)學(xué)訓(xùn)練中最重要的應(yīng)用，主要用于復(fù)雜手術(shù)過(guò)程的規(guī)劃、演練及預(yù)測(cè)，指導(dǎo)手術(shù)的進(jìn)行。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠虛擬出“真實(shí)的世界”，可為操作者提供一個(gè)極具真實(shí)感和沉浸感的訓(xùn)練環(huán)境 , 運(yùn)用該技術(shù)可以使醫(yī)務(wù)工作者沉浸于虛擬的場(chǎng)景內(nèi) , 體驗(yàn)并學(xué)習(xí)如何應(yīng)付各種臨床手術(shù)的實(shí)際情況。由于虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)具有低代價(jià)、零風(fēng)險(xiǎn)、可重復(fù)性、自動(dòng)指導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，可以迅速高效地提高學(xué)習(xí)者的手術(shù)操作技能 , 具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，國(guó)際上已出現(xiàn)了不少基于虛擬現(xiàn)實(shí)的手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)。例如 Choi 等研制了食管鏡手術(shù)模擬訓(xùn)練系統(tǒng) , 該系統(tǒng)能夠使受訓(xùn)者感受到與虛擬軟組織的接觸并顯示食管的變形和切割。Wang 等研制了神經(jīng)外科手術(shù)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)可實(shí)時(shí)更新腦組織形變的三維立體顯示和雙手力反饋裝置 , 能夠模擬手術(shù)器械的穿刺、牽引與切割。
醫(yī)學(xué)其他方面
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在康復(fù)訓(xùn)練、心理領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)教育及改善殘疾人生活狀況 , 乃至新型藥物的研制等方面 , 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義
(1) 康復(fù)訓(xùn)練：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到康復(fù)訓(xùn)練領(lǐng)域，一方面利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為患者提供一個(gè)生動(dòng)、逼真的游戲康復(fù)訓(xùn)練環(huán)境，患者能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，在虛擬環(huán)境中扮演一個(gè)角色，這對(duì)調(diào)動(dòng)患者訓(xùn)練的積極性有很大的幫助作用。另一方面使器械本身和電腦屏幕結(jié)合成一體的智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)把康復(fù)器械產(chǎn)生被動(dòng)牽引和患者主動(dòng)訓(xùn)練相結(jié)合的治療作用。國(guó)內(nèi)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)康復(fù)也進(jìn)入了實(shí)踐階段，河北工業(yè)大學(xué)自主研制了利用虛擬現(xiàn)實(shí)和外骨骼技術(shù)進(jìn)行手臂外骨骼康復(fù)治療的方案
(2) 心理領(lǐng)域：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在心理學(xué)領(lǐng)域中的研究通常包括視覺感知心理與生理、聽覺感知心理與生理、記憶與認(rèn)知心理等內(nèi)容。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠利用計(jì)算機(jī)再現(xiàn)各種現(xiàn)實(shí)世界中存在的或不存在的事物，所以這一技術(shù)可用于治療心理障礙性疾病，患者通過(guò)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)生的虛擬環(huán)境中進(jìn)行反復(fù)刺激訓(xùn)練，可逐步克服心理障礙。Optale G 等把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于由心理因素引起的男性勃起障礙的治療 , 其有效率可以達(dá)84%。
(3) 醫(yī)學(xué)教育：虛擬技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用 , 是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育方式的一個(gè)新的突破 , 也是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育必須面臨解決的新課題。它能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)臨床技能的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際動(dòng)手能力，使臨床教學(xué)更加科學(xué)化、理性化、人性化。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)是 VR 的核心內(nèi)容，其目的就是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)臨床實(shí)踐教學(xué)的需要，建立起相應(yīng)的虛擬臨床環(huán)境模型。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在催化臨床實(shí)踐教學(xué)的改革，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育跨躍式的發(fā)展過(guò)程中具有十分重要的意義。
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