探讨基于虚拟现实技术的仿真医疗情境的应用
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作者: 曾嘉霖 黄昉菀
[摘要] 伴随着医学教育规模的迅速扩大和病患维权意识的不断增强，临床医学教育与医疗资源之间的矛盾日益凸显，以仿真医疗情境替代现实医疗情境正成为大势所趋。本文在简要介绍虚拟现实技术的基础上，重点探讨了仿真医疗情境在现实中的应用。
[关键词] 虚拟现实 仿真医疗情境 应用
伴随着经济、社会的发展，医院已从单纯医疗疾病的场所逐渐演变为集诊疗、保健、预防、康复、科研与教学等多项功能的综合场所。现实中的医院在集多项功能于一身的前提下，如何协调好各项功能之间的关系？同时，在医学教育模式转变，医学教育规模迅速扩大和病患维权意识不断增强的大环境下，如何缓解医疗资源与社会需求之间的矛盾？优化医疗环境，实现以人为本的现代化管理理念，营造和谐、温馨、人性化的医疗环境，满足现实社会对医院不断上升的期望值已是大势所趋。计算机虚拟现实技术的发展，使仿真医疗情境的实现成为可能。仿真医疗情境可以辅助临床医学教育、开展临床技能培训与考核、实现远程医疗等，这在一定程度上可以缓解临床医学教育与医疗资源紧张之间的矛盾，优化医疗环境，促进现代化医院的和谐发展。以下将探讨基于虚拟现实技术的仿真医疗情境在现实中的应用。
一、虚拟现实技术简介
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是近年来计算机领域出现的高新技术。它综合了计算机图形学、仿真、多媒体、人工智能、网络、并行处理和多传感器等多项技术，利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。
Grigore Burdea和Philippe Coiffet在《Virtual Reality Technology》一书中指出，虚拟现实具有三个最突出的特征，即“3I”特征：沉浸感（Immersion）、交互性（Interactivity）和构想性（Imagination）。沉浸感是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。为了实现该特征，必须首先获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，将获取的三维数据输入计算机，利用环境建模技术建立仿真医疗情境。其次，交互性是指用户通过使用专用设备，如跟踪球、头戴式可视设备、数据手套等，对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。而构想性则强调该技术应具有广阔的想象空间，不仅可再现真实存在的环境，也可以实现客观不存在甚至是不可能发生的环境。
虚拟现实技术的“3I”特征在仿真医疗情境中都有所要求。例如在虚拟手术系统中，为了实现良好的沉浸感，可把立体视景镜、超级电脑和巨型屏幕影像结合起来，为操作者提供一个极具真实感和临场感的手术环境。操作者通过佩带一个头盔显示器就可以看到一个虚拟的人体立体视图，该虚拟人体具有正在工作的肌肉骨骼系统和完整的器官系统，因而它能向真实的人体一样具有生命力。而为了实现虚拟环境中的手术操作，外科医生需要戴着数据手套，拿着虚拟手术刀，并配备位置跟踪定位装置，这样便可以精确地跟踪人体的运动和位置，以及医生和虚拟病人之间的手术动作。而构想性对于虚拟手术系统的应用也是非常重要的。在现实世界中，医学生很难有机会接触到一些罕见的疑难杂症，而借助虚拟现实技术，可以在虚拟人上生成各种各样的病症，来帮助医学生进行医疗训练。
作为一种新兴技术，虚拟现实已广泛应用于军事、教育、医学、产品设计、科学可视化、训练、建筑、娱乐等各个方面。其中，虚拟现实在仿真医疗情境中的应用具有十分重要的现实意义，利用该技术可建立模拟病人和模拟临床的场景，代替现实医疗情境进行临床教学和实践，这在一定程度上缓解了医疗资源的紧张，优化了医疗环境。
二、仿真医疗情境在现实中的应用
1.临床医学教育
传统的临床医学教学模式是在临床教师的指导下，在现实的医疗环境中，将病人作为直接的教学对象，培养医学生采集病史、体格检查、临床诊治、技能操作等临床实践能力。但随着《中华人民共和国执业医师法》的出台和患者自我保护意识的不断增强以及对医疗结果期望值的升高，导致医学生临床实践活动和临床技能训练的机会明显减少。此外，伴随着医学教育规模的迅速扩大，医学生人数的增加和有限的临床见实习教学资源的矛盾日益激化，与理论教学相比，临床医学教学资源紧缺的状况日益突显。上述两个问题已成为困扰现代医学教育发展的难题，传统的临床医学教育体系已经不能适应高等医学教育以及继续医学教育发展的需求。
为了解决上述难题，可运用计算机虚拟现实技术，将一些常见病、多发病的症状体征设定为参数，结合虚拟人体模型，建立仿真医疗情境。在仿真医疗情境中，医学生可以在理论学习的基础上增强感性认识，提高教学效果。针对毕业后以学习新理论、新知识、新技术、新方法为主的继续医学教育，仿真医疗情境同样可以为在职医务人员不断提高专业工作能力和业务水平提供帮助。仿真医疗情境的优越性和教学效果是不可估量和不可比拟的。以仿真医疗情境替代现实医疗情境，正逐渐成为我国临床医学教学改革中具有广泛应用前景的教育模式。
2.临床技能培训与考核
临床技能可谓临床医师的“看家本领”。针对医学生与资历浅的临床医师的临床技能培训是临床医学教育的一项重要组成部分。基础的临床技能包括：询问病史、体格检查、诊断鉴别诊断、骨穿、胸穿、腹穿、腰穿、无菌术、铺巾、切开、缝合等。运用虚拟现实技术，将上述一系列临床技能操作的标准流程编成程序，然后与虚拟人体模型相结合，技能培训对象可以在近似“标准化病人”的数字仿真人体模型上得到统一标准化的临床技能训练。
1998年6月26日通过的《中华人民共和国执业医师法》，明确规定“国家实行医师资格考试制度”。我国自1999年开始实施医师执业考试。执业医师考试采用了理论知识考试和临床技能考试二种方式。临床技能考试选用经过改良的多站考试法。部分高等医学院校参照执业医师临床技能考试，也设立了临床技能多站式的毕业技能考核。建成的仿真医疗情境可以为上述临床技能的考核提供统一、标准化的临床技能考核情境。
3.远程医疗
远程医疗是指通过计算机技术、通信技术与多媒体技术，同医疗技术相结合，旨在提高诊断与医疗水平、降低医疗开支、满足广大人民群众保健需求的一项全新的医疗服务。目前，远程医疗技术已经从最初的电视监护、电话远程诊断发展到利用高速网络进行数字、图像、语音的综合传输，并且实现了实时的语音和高清晰图像的交流，为现代医学的应用提供了更广阔的发展空间。本文所探讨建立的仿真医疗情境，为远程医疗的实现提供了现实技术支持。虚拟现实技术与网络技术结合，可以使得医生亲自对远程的患者进行治疗。例如远程手术是利用虚拟现实技术将远程传送来的图像仿真成手术场景，手术医生在此场景下进行手术操作，传感器将医生的操作控制信号传送到手术目的地，控制手术目的地的手术机器人或机器手完成手术。2003年，海军总医院神经外科中心与沈阳医学院附属中心医院已联合完成了l例远程遥控机器人立体定向神经外科手术。
综上所述，虚拟现实技术是具有广阔应用前景的高端技术，从理论上来讲，它可用于医学领域的各个方面，但由于技术水平的限制，目前的应用还很有限。我国的虚拟现实技术起步较晚，但随着国家对虚拟现实技术投人加大，以及信息高速公路的建设，可以预料基于虚拟现实技术的仿真医疗情境将在医学上有更加广泛、更加深入的应用，这必将给医疗事业带来重大的变革。
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