虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)教育的應(yīng)用

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［摘要］虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指通過多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環(huán)境，使用戶以自然的方式與虛擬環(huán)境中的客體進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用，從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)的一種技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域，尤其是在醫(yī)學(xué)教育方面取得了很好的效果，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［關(guān)鍵詞］虛擬現(xiàn)實(shí)；醫(yī)學(xué)教育；臨床醫(yī)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

（Virtual　Reality），簡(jiǎn)稱VR技術(shù)。其運(yùn)用起源于20世紀(jì)60年代的美國(guó)，是一種在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)以及傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學(xué)科交叉滲透的一門新興技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸性、交互性以及構(gòu)想性等特征，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真生動(dòng)的感覺世界，允許使用者通過頭部轉(zhuǎn)動(dòng)、眼球轉(zhuǎn)動(dòng)、手勢(shì)及其他動(dòng)作對(duì)虛擬實(shí)體進(jìn)行交互考察，以此模擬或體驗(yàn)真實(shí)過程［3］。20世紀(jì)80年代以后，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步完善，其更加精確、直觀和形象化，并逐漸應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、軍事、設(shè)計(jì)以及藝術(shù)等諸多領(lǐng)域［4－5］。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用

作為一門新興的技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用備受矚目的。據(jù)早在1993年的統(tǒng)計(jì)，世界市場(chǎng)上出現(xiàn)的805個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)中就有49個(gè)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)［6］。至今虛擬現(xiàn)實(shí)被應(yīng)用到教育領(lǐng)域已有30年左右的時(shí)間，其在臨床醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用亦十分廣泛。1．在神經(jīng)外科教學(xué)中的應(yīng)用。在神經(jīng)外科手術(shù)教學(xué)中，如何讓學(xué)生將神經(jīng)解剖基礎(chǔ)知識(shí)與頭顱影像學(xué)資料相結(jié)合，形成立體的空間結(jié)構(gòu)概念，從而能夠在手術(shù)中進(jìn)行準(zhǔn)確定位一直是神經(jīng)外科教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。神經(jīng)外科手術(shù)的培訓(xùn)過程耗時(shí)耗力，難以重復(fù)，嚴(yán)重影響了臨床醫(yī)師的培養(yǎng)過程。利用患者頭顱和血管影像重構(gòu)手術(shù)標(biāo)本模型，再通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供的切割、移動(dòng)等工具模擬從切開頭皮、鉆顱骨、打開骨窗，到暴露病變部位等一系列過程，有效地模擬了真實(shí)的神經(jīng)外科手術(shù)的定位過程。通過模擬手術(shù)訓(xùn)練，熟練掌握手術(shù)操作過程，這樣即可以最大化地減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，因而虛擬仿真系統(tǒng)在培養(yǎng)神經(jīng)外科醫(yī)師的同時(shí)，亦可以提高手術(shù)的成功率。當(dāng)前國(guó)內(nèi)上海第二軍醫(yī)大學(xué)長(zhǎng)海醫(yī)院將VR技術(shù)應(yīng)用于神經(jīng)介入手術(shù)教學(xué)培訓(xùn)，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)介入的VR培訓(xùn)，可以讓受訓(xùn)者盡快熟悉技術(shù)操作以及手術(shù)流程，增加受試者手眼協(xié)調(diào)能力，具有非常好地效果［7］。2．在骨科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。由于骨科手術(shù)類型的多樣化，解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及手術(shù)視野狹小等因素的影響，初學(xué)者往往學(xué)習(xí)曲線較長(zhǎng)，在較短時(shí)間內(nèi)完全掌握這些技術(shù)比較困難。為了降低患者的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和增加青年醫(yī)師的練習(xí)機(jī)會(huì)，既往骨科教學(xué)實(shí)踐往往是在尸體標(biāo)本上進(jìn)行操作來完成手術(shù)訓(xùn)練，然而目前可供手術(shù)訓(xùn)練的尸源較為緊缺，難以滿足臨床的需要。我國(guó)南方醫(yī)科大學(xué)附屬南方醫(yī)院脊柱骨病外科通過虛擬仿真三維軟件技術(shù)建立的人體骨骼、肌肉等模型，使學(xué)生通過人機(jī)交互，直觀輕松的理解骨科疾病的解剖生理基礎(chǔ)，將抽象的內(nèi)容具體化、形象化，給學(xué)生留下了深刻的記憶，從而大大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣［8］。3．在婦產(chǎn)科臨床培訓(xùn)中應(yīng)用。婦產(chǎn)科學(xué)是臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)中的重要內(nèi)容，但是因?yàn)榕耘枨唤馄式Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，臟器隱匿且組織形態(tài)抽象，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)掌握的難度。另外，婦產(chǎn)科患者和家屬的自我防范和保護(hù)隱私的意識(shí)較強(qiáng)，他們往往會(huì)拒絕婦科檢查示教，尤其是面對(duì)男性學(xué)生或醫(yī)生情況下，這使婦產(chǎn)科臨床帶教更加困難。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，使得在符合倫理學(xué)的情況下，讓學(xué)生能夠更加深入的理解和學(xué)習(xí)婦產(chǎn)科相關(guān)知識(shí)成為可能。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在婦產(chǎn)科多個(gè)方面已逐漸開始應(yīng)用，其中以婦科腹腔鏡的培訓(xùn)應(yīng)用最為廣泛，第四代虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)模擬系統(tǒng)已具有力學(xué)反饋功能和手術(shù)操作引導(dǎo)等功能，同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在婦科機(jī)器人手術(shù)培訓(xùn)、宮腔鏡培訓(xùn)、產(chǎn)科急癥處理培訓(xùn)等多個(gè)方面都表現(xiàn)出學(xué)習(xí)曲線短、參與度高等優(yōu)勢(shì)作用［9］。4．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在兒科臨床技能。在兒科臨床教學(xué)中，由于醫(yī)療資源有限和兒童患者的特殊性等原因，使得學(xué)生在臨床學(xué)習(xí)過程中面臨很多困難，例如動(dòng)手操作機(jī)會(huì)少，患兒或其家長(zhǎng)不配合問診查體等，從而影響了教學(xué)效果。哈爾濱醫(yī)科大學(xué)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)患兒的診療環(huán)境進(jìn)行的復(fù)雜、動(dòng)態(tài)、人機(jī)交互的模擬，將兒科典型病例重現(xiàn)的虛擬系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于醫(yī)學(xué)生臨床實(shí)踐教學(xué)中，取得的良好的效果［10］。除了上述方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在支氣管鏡、泌尿外科腹腔鏡、外科手術(shù)培訓(xùn)、眼科教學(xué)和口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)等領(lǐng)域亦有著非常廣泛的應(yīng)用，提高了學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，鍛煉了臨床思維。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及面臨挑戰(zhàn)

通過上述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用了解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以彌補(bǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)條件的不足，從而解決尸源緊張、病人不配合等導(dǎo)致的學(xué)生操作機(jī)會(huì)少的問題。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生直接沉浸于虛擬現(xiàn)實(shí)所生成的醫(yī)療情景，與計(jì)算機(jī)環(huán)境進(jìn)行直接交流，加深了感性認(rèn)識(shí)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解也更加透徹，大大提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，學(xué)生在操作過程中不用擔(dān)心自己的操作失誤會(huì)給病人造成損傷甚至危害，這樣他們就可以在一個(gè)相對(duì)輕松的環(huán)境下進(jìn)行反復(fù)操作訓(xùn)練，從而提高了學(xué)習(xí)效率。另外，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展的臨床虛擬教學(xué)不受病例、場(chǎng)地以及時(shí)間等諸多因素的制約，可以使教學(xué)活動(dòng)根據(jù)需要隨時(shí)隨地展開，大大增加了醫(yī)學(xué)生實(shí)踐的機(jī)會(huì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊，但我國(guó)目前還處于初級(jí)階段，面臨著一些困難。首先虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)如虛擬人體、虛擬場(chǎng)景、機(jī)械臂等設(shè)備價(jià)格昂貴，這使其暫時(shí)難以大規(guī)模推廣至醫(yī)學(xué)教育的各個(gè)領(lǐng)域。其次虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中力檢測(cè)、力反饋、傳感器設(shè)計(jì)、信號(hào)處理等技術(shù)還不夠成熟，虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感還有待進(jìn)一步提高。另外，一些顯示設(shè)備還不能很好地接收高質(zhì)量、高逼真的醫(yī)學(xué)圖像，在復(fù)雜環(huán)境中，圖像的實(shí)時(shí)性和生成速度也需要進(jìn)一步的提高［11］。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)只需學(xué)生個(gè)人的操作即可在虛擬空間中完成，因此無法培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作、溝通和交流能力，所以其在團(tuán)隊(duì)精神培養(yǎng)方面略有欠缺。綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是多學(xué)科多領(lǐng)域交叉、滲透、融合的產(chǎn)物，其可以有效整合各種醫(yī)學(xué)教育資源，幫助學(xué)生獲取醫(yī)學(xué)知識(shí)、提高臨床技能、培養(yǎng)臨床思維，促進(jìn)了醫(yī)學(xué)教育的改革。雖然目前存在價(jià)格昂貴、技術(shù)手段尚不成熟等諸多問題，但隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必將在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域得到更加廣泛、更加深入的應(yīng)用。

作者：丁晶 曾超美 單位：北京大學(xué)人民醫(yī)院