虚拟现实技术在临床医学教育的应用

［摘要］虚拟现实技术是指通过多媒体技术与仿真技术相结合生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境，使用户以自然的方式与虚拟环境中的客体进行体验和交互作用，从而产生身临其境的感受和体验的一种技术。随着计算机技术的发展，虚拟现实技术已广泛应用于医学相关领域，尤其是在医学教育方面取得了很好的效果，具有广阔的应用前景。

［关键词］虚拟现实；医学教育；临床医学、虚拟现实技术

一、虚拟现实技术

（Virtual　Reality），简称VR技术。其运用起源于20世纪60年代的美国，是一种在计算机图形学、仿真技术、人机接口技术以及传感技术的基础上发展起来的多学科交叉渗透的一门新兴技术。虚拟现实技术具有沉浸性、交互性以及构想性等特征，通过计算机技术生成一个逼真生动的感觉世界，允许使用者通过头部转动、眼球转动、手势及其他动作对虚拟实体进行交互考察，以此模拟或体验真实过程［3］。20世纪80年代以后，随着虚拟现实技术的进一步完善，其更加精确、直观和形象化，并逐渐应用于医学、军事、设计以及艺术等诸多领域［4－5］。

二、虚拟现实技术在临床医学教学中应用

作为一门新兴的技术，虚拟现实在医学领域的应用备受瞩目的。据早在1993年的统计，世界市场上出现的805个虚拟现实应用系统中就有49个应用于医学［6］。至今虚拟现实被应用到教育领域已有30年左右的时间，其在临床医学教育中的应用亦十分广泛。1．在神经外科教学中的应用。在神经外科手术教学中，如何让学生将神经解剖基础知识与头颅影像学资料相结合，形成立体的空间结构概念，从而能够在手术中进行准确定位一直是神经外科教学中的一个难点。神经外科手术的培训过程耗时耗力，难以重复，严重影响了临床医师的培养过程。利用患者头颅和血管影像重构手术标本模型，再通过虚拟现实系统提供的切割、移动等工具模拟从切开头皮、钻颅骨、打开骨窗，到暴露病变部位等一系列过程，有效地模拟了真实的神经外科手术的定位过程。通过模拟手术训练，熟练掌握手术操作过程，这样即可以最大化地减少手术风险，因而虚拟仿真系统在培养神经外科医师的同时，亦可以提高手术的成功率。当前国内上海第二军医大学长海医院将VR技术应用于神经介入手术教学培训，发现神经介入的VR培训，可以让受训者尽快熟悉技术操作以及手术流程，增加受试者手眼协调能力，具有非常好地效果［7］。2．在骨科学教学中的应用。由于骨科手术类型的多样化，解剖结构的复杂性，以及手术视野狭小等因素的影响，初学者往往学习曲线较长，在较短时间内完全掌握这些技术比较困难。为了降低患者的手术风险和增加青年医师的练习机会，既往骨科教学实践往往是在尸体标本上进行操作来完成手术训练，然而目前可供手术训练的尸源较为紧缺，难以满足临床的需要。我国南方医科大学附属南方医院脊柱骨病外科通过虚拟仿真三维软件技术建立的人体骨骼、肌肉等模型，使学生通过人机交互，直观轻松的理解骨科疾病的解剖生理基础，将抽象的内容具体化、形象化，给学生留下了深刻的记忆，从而大大调动了学生的学习兴趣［8］。3．在妇产科临床培训中应用。妇产科学是临床医学教学中的重要内容，但是因为女性盆腔解剖结构复杂，脏器隐匿且组织形态抽象，增加了学生学习时掌握的难度。另外，妇产科患者和家属的自我防范和保护隐私的意识较强，他们往往会拒绝妇科检查示教，尤其是面对男性学生或医生情况下，这使妇产科临床带教更加困难。而虚拟现实技术的出现，使得在符合伦理学的情况下，让学生能够更加深入的理解和学习妇产科相关知识成为可能。目前虚拟现实技术在妇产科多个方面已逐渐开始应用，其中以妇科腹腔镜的培训应用最为广泛，第四代虚拟现实手术模拟系统已具有力学反馈功能和手术操作引导等功能，同时虚拟现实技术在妇科机器人手术培训、宫腔镜培训、产科急症处理培训等多个方面都表现出学习曲线短、参与度高等优势作用［9］。4．虚拟现实技术在儿科临床技能。在儿科临床教学中，由于医疗资源有限和儿童患者的特殊性等原因，使得学生在临床学习过程中面临很多困难，例如动手操作机会少，患儿或其家长不配合问诊查体等，从而影响了教学效果。哈尔滨医科大学利用虚拟现实技术对患儿的诊疗环境进行的复杂、动态、人机交互的模拟，将儿科典型病例重现的虚拟系统，并将其应用于医学生临床实践教学中，取得的良好的效果［10］。除了上述方面，虚拟现实技术在支气管镜、泌尿外科腹腔镜、外科手术培训、眼科教学和口腔医学教学等领域亦有着非常广泛的应用，提高了学生们学习的积极性和主动性，锻炼了临床思维。

三、虚拟现实技术的优点及面临挑战

通过上述虚拟现实技术在临床医学教育领域的应用了解虚拟现实技术可以弥补医学教学条件的不足，从而解决尸源紧张、病人不配合等导致的学生操作机会少的问题。在虚拟环境中，学生直接沉浸于虚拟现实所生成的医疗情景，与计算机环境进行直接交流，加深了感性认识，对教学内容的理解也更加透彻，大大提高了学生们的学习兴趣。同时，学生在操作过程中不用担心自己的操作失误会给病人造成损伤甚至危害，这样他们就可以在一个相对轻松的环境下进行反复操作训练，从而提高了学习效率。另外，利用虚拟现实技术开展的临床虚拟教学不受病例、场地以及时间等诸多因素的制约，可以使教学活动根据需要随时随地展开，大大增加了医学生实践的机会。虚拟现实技术在临床医学教育领域的应用前景十分广阔，但我国目前还处于初级阶段，面临着一些困难。首先虚拟现实系统如虚拟人体、虚拟场景、机械臂等设备价格昂贵，这使其暂时难以大规模推广至医学教育的各个领域。其次虚拟现实技术中力检测、力反馈、传感器设计、信号处理等技术还不够成熟，虚拟现实的真实感还有待进一步提高。另外，一些显示设备还不能很好地接收高质量、高逼真的医学图像，在复杂环境中，图像的实时性和生成速度也需要进一步的提高［11］。同时，虚拟实验只需学生个人的操作即可在虚拟空间中完成，因此无法培养学生的协作、沟通和交流能力，所以其在团队精神培养方面略有欠缺。综上所述，虚拟现实技术是多学科多领域交叉、渗透、融合的产物，其可以有效整合各种医学教育资源，帮助学生获取医学知识、提高临床技能、培养临床思维，促进了医学教育的改革。虽然目前存在价格昂贵、技术手段尚不成熟等诸多问题，但随着计算机网络技术的不断发展，虚拟现实技术必将在医学教育领域得到更加广泛、更加深入的应用。

作者：丁晶 曾超美 单位：北京大学人民医院